JP7377733B2 - Electroslag welding method and magnetic field application device for electroslag welding - Google Patents

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本発明は、エレクトロスラグ溶接方法及びエレクトロスラグ溶接における磁場印加装置に関する。 The present invention relates to an electroslag welding method and a magnetic field application device for electroslag welding.

アーク溶接において溶融池に磁界を作用させて、該磁界と溶接電流とによる回転方向の磁力で溶融金属を攪拌しながら溶接を行う磁気攪拌溶接法は、知られている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1、2では、溶接トーチの回りを囲むように磁気コイルが配されている。 A magnetic stir welding method is known in which a magnetic field is applied to the molten pool in arc welding, and the molten metal is welded while being stirred by the magnetic force in the rotational direction caused by the magnetic field and the welding current (for example, Patent Document 1, (see 2). In Patent Documents 1 and 2, a magnetic coil is arranged to surround a welding torch.

特開平4-190976号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-190976 特開平8-318370号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-318370

ところで、エレクトロスラグ溶接は、アーク溶接と異なり、数百アンペアの電流を通電している溶接ワイヤを、溶融した電解質である溶融スラグに供給し、溶融スラグ内のジュール発熱によって、母材と溶接ワイヤを溶かしながら溶接する方法である。溶接方向は垂直であり、下から上に溶接が進む。また、溶融スラグや溶融金属がこぼれないように、母材の開先部は水冷銅板で覆われる。エレクトロスラグ溶接では、溶融池の前後左右は母材や水冷銅板に覆われ、溶融池の上下は既に溶接した溶接部分と溶融スラグとに覆われている。従って、アーク溶接のように溶接ワイヤを供給するトーチ部分にコイルを配置しても、溶融スラグが存在するので、溶融池に有効な磁場を印加できないばかりでなく、そもそも開先部の空間は狭く、コイルを配置することもできない。 By the way, electroslag welding differs from arc welding in that a welding wire carrying a current of several hundred amperes is supplied to molten slag, which is a molten electrolyte, and the Joule heat generated within the molten slag causes the welding wire to bond to the base metal. This is a method of welding while melting. The welding direction is vertical, and welding progresses from bottom to top. Additionally, the groove in the base material is covered with a water-cooled copper plate to prevent molten slag and molten metal from spilling. In electroslag welding, the front, rear, left and right sides of the molten pool are covered with base metal and water-cooled copper plates, and the top and bottom of the molten pool are covered with already welded parts and molten slag. Therefore, even if a coil is placed in the torch part that supplies the welding wire as in arc welding, not only is it impossible to apply an effective magnetic field to the molten pool due to the presence of molten slag, but the space in the groove is narrow in the first place. , it is also not possible to place a coil.

本発明の目的は、エレクトロスラグ溶接において溶融池に磁場を印加することにある。 An object of the present invention is to apply a magnetic field to a molten pool in electroslag welding.

かかる目的のもと、本発明は、母材の開先部内の溶融池に磁場を印加しながら母材のエレクトロスラグ溶接を行うことを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法を提供する。 In view of this objective, the present invention provides an electroslag welding method characterized in that electroslag welding of a base material is performed while applying a magnetic field to a molten pool within a groove of the base material.

磁場は、静磁場、又は、周波数が1Hz以下の回転磁場であってよい。 The magnetic field may be a static magnetic field or a rotating magnetic field with a frequency of 1 Hz or less.

エレクトロスラグ溶接方法は、開先部の表側及び裏側から磁場を印加する、ものであってよい。その場合、表側及び裏側から印加される磁場の向きは同じであっても逆であってもよい。 The electroslag welding method may apply a magnetic field from the front and back sides of the groove. In that case, the directions of the magnetic fields applied from the front side and the back side may be the same or opposite.

エレクトロスラグ溶接方法は、溶接トーチを、開先部の中の表側の位置と裏側の位置との間で往復動させつつ溶接し、溶接トーチの往復動の中で、溶接トーチが、開先部の表側から磁場を印加する表側の磁場印加コイルの鉄芯に接近したときに、表側の磁場印加コイルの電流値を減少させ、開先部の裏側から磁場を印加する裏側の磁場印加コイルの電流値を増大させ、溶接トーチの往復動の中で、溶接トーチが、裏側の磁場印加コイルの鉄芯に接近したときに、裏側の磁場印加コイルの電流値を減少させ、表側の磁場印加コイルの電流値を増大させる、ものであってよい。その場合、溶接トーチが表側の磁場印加コイルの鉄芯に最も近付いたときに、表側の磁場印加コイルの電流値を最小とし、裏側の磁場印加コイルの電流値を最大とし、溶接トーチが裏側の磁場印加コイルの鉄芯に最も近付いたときに、裏側の磁場印加コイルの電流値を最小とし、表側の磁場印加コイルの電流値を最大とする、ものであってもよい。また、表側の磁場印加コイル及び裏側の磁場印加コイルに流す電流の向きを、溶接トーチの往復動の周期ごとに反転させる、ものであってもよい。更に、溶接トーチが表側の磁場印加コイル又は裏側の磁場印加コイルの鉄芯に最も近付き、静止しているときに、表側の磁場印加コイルの電流と、裏側の磁場印加コイルの電流とを、値は同じで向きを逆とする、ものであってもよい。 In the electroslag welding method, the welding torch is moved back and forth between the front side and the back side of the groove. Applying a magnetic field from the front side of the groove When approaching the iron core of the front side magnetic field applying coil, the current value of the front side magnetic field applying coil decreases, and the current value of the back side magnetic field applying coil applying a magnetic field from the back side of the groove. During the reciprocation of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the magnetic field application coil on the back side, the current value of the magnetic field application coil on the back side is decreased, and the current value of the magnetic field application coil on the front side is increased. It may be something that increases the current value. In that case, when the welding torch comes closest to the iron core of the front side magnetic field application coil, the current value of the front side magnetic field application coil is the minimum, the current value of the back side magnetic field application coil is the maximum, and the welding torch is The current value of the magnetic field applying coil on the back side may be minimized and the current value of the magnetic field applying coil on the front side may be maximum when the magnetic field applying coil is closest to the iron core of the magnetic field applying coil. Further, the direction of the current flowing through the magnetic field applying coil on the front side and the magnetic field applying coil on the back side may be reversed every cycle of the reciprocating motion of the welding torch. Furthermore, when the welding torch is closest to the iron core of the front side magnetic field application coil or the back side magnetic field application coil and is stationary, the current of the front side magnetic field application coil and the current of the back side magnetic field application coil are determined as values. may be the same but in opposite directions.

開先部の表側及び裏側は、開先部の表面及び裏面に配置された冷却用銅板の母材とは反対側であってよい。 The front and back sides of the groove may be opposite to the base material of the cooling copper plate disposed on the front and back sides of the groove.

エレクトロスラグ溶接方法は、開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板の少なくとも何れか一方が、母材に対して固定されており、表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の基準面からの高さとが一致するように、表側の電磁石及び裏側の電磁石を移動しながら溶接する、ものであってよい。その場合、表側冷却用銅板及び裏側冷却用銅板の一方は、開先部が延びる方向に移動可能であってもよい。 In the electroslag welding method, at least one of the front side cooling copper plate placed on the surface of the groove and the back side cooling copper plate placed on the back side is fixed to the base material, and the front side cooling copper plate is fixed to the base material. The height of the central axis of the front electromagnet placed on the front side electromagnet from the reference plane matches the height from the reference plane of the central axis of the back side electromagnet placed on the back side cooling copper plate. The electromagnet may be used for welding while moving. In that case, one of the front side cooling copper plate and the back side cooling copper plate may be movable in the direction in which the groove portion extends.

エレクトロスラグ溶接方法は、開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板が何れも、開先部が延びる方向に移動可能であり、表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の基準面からの高さとが一致するように、表側冷却用銅板及び裏側冷却用銅板を移動しながら溶接する、ものであってよい。 In the electroslag welding method, both the front cooling copper plate placed on the surface of the groove and the back cooling copper plate placed on the back side are movable in the direction in which the groove extends, and the front cooling copper plate The front cooling copper plate and the back side should be placed so that the height from the reference plane of the central axis of the front electromagnet placed on the front side cooling copper plate matches the height from the reference plane of the central axis of the back side electromagnet placed on the back side cooling copper plate. It may be possible to weld the cooling copper plate while moving it.

また、本発明は、母材の開先部の表面及び裏面に配置された冷却用銅板の母材とは反対側に、開先部内の溶融池に磁場を印加するための電磁石を配置したことを特徴とするエレクトロスラグ溶接における磁場印加装置も提供する。 Further, the present invention provides that electromagnets for applying a magnetic field to the molten pool in the groove are arranged on the side opposite to the base material of the cooling copper plate placed on the front and back surfaces of the groove of the base metal. The present invention also provides a magnetic field application device for electroslag welding characterized by the following.

冷却用銅板に穴又は溝が設けられており、電磁石の鉄芯が穴又は溝に嵌っている、ものであってよい。 The cooling copper plate may be provided with holes or grooves, and the iron core of the electromagnet may fit into the holes or grooves.

エレクトロスラグ溶接における磁場印加装置は、開先部の中の表側の位置と裏側の位置との間で往復動させつつ溶接する溶接トーチを更に配置し、溶接トーチの往復動の中で、溶接トーチが、開先部の表側から磁場を印加する表側の電磁石の鉄芯に接近したときに、表側の電磁石の電流値を減少させ、開先部の裏側から磁場を印加する裏側の電磁石の電流値を増大させ、溶接トーチの往復動の中で、溶接トーチが、裏側の電磁石の鉄芯に接近したときに、裏側の電磁石の電流値を減少させ、表側の電磁石の電流値を増大させる、ものであってよい。 The magnetic field application device for electroslag welding further includes a welding torch that performs welding while reciprocating between the front side position and the back side position in the groove. When approaching the iron core of the front electromagnet that applies a magnetic field from the front side of the groove, the current value of the front electromagnet decreases, and the current value of the back electromagnet that applies a magnetic field from the back side of the groove decreases. During the reciprocation of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the electromagnet on the back side, the current value of the electromagnet on the back side decreases and the current value of the electromagnet on the front side increases. It may be.

エレクトロスラグ溶接における磁場印加装置は、開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板の少なくとも何れか一方が、母材に対して固定されており、表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の基準面からの高さとが一致するように、表側の電磁石及び裏側の電磁石が移動可能に構成されている、ものであってよい。 In the magnetic field application device for electroslag welding, at least one of the front side cooling copper plate placed on the surface of the groove and the back side cooling copper plate placed on the back side is fixed to the base material, and the front side cooling copper plate is fixed to the base material. The height of the central axis of the front electromagnet placed on the cooling copper plate from the reference plane matches the height of the central axis of the back electromagnet placed on the back cooling copper plate from the reference plane. The electromagnet and the electromagnet on the back side may be configured to be movable.

エレクトロスラグ溶接における磁場印加装置は、開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板が何れも、開先部が延びる方向に移動可能な構造を持ち、表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の基準面からの高さとが一致するように、表側冷却用銅板及び裏側冷却用銅板が移動可能に構成されている、ものであってよい。 The magnetic field application device for electroslag welding has a structure in which both a front side cooling copper plate placed on the surface of the groove and a back side cooling copper plate placed on the back side are movable in the direction in which the groove extends, The height of the central axis of the front electromagnet placed on the front cooling copper plate from the reference plane matches the height of the central axis of the back electromagnet placed on the back cooling copper plate from the reference plane. The cooling copper plate and the back side cooling copper plate may be configured to be movable.

本発明によれば、エレクトロスラグ溶接において溶融池に磁場を印加することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to apply a magnetic field to the molten pool during electroslag welding.

(a),(b)は、本発明の第1の実施の形態における磁場印加装置を前側から見たときの斜視図である。(a) and (b) are perspective views of the magnetic field application device according to the first embodiment of the present invention, viewed from the front side. (a),(b)は、本発明の第1の実施の形態における磁場印加装置を後側から見たときの斜視図である。(a) and (b) are perspective views of the magnetic field application device according to the first embodiment of the present invention, viewed from the rear side. 本発明の第1の実施の形態の磁場印加装置における前側コイル及び後側コイルの位置を示した図である。It is a figure showing the position of a front side coil and a back side coil in a magnetic field application device of a 1st embodiment of the present invention. 溶接個所における磁場の分布を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the distribution of magnetic fields at a welding location. 水冷銅板にコイルを嵌めた状態での磁場分布と水冷銅板にコイルを嵌めていない状態での磁場分布とを比較したグラフである。It is a graph comparing the magnetic field distribution when a coil is fitted to a water-cooled copper plate and the magnetic field distribution when a coil is not fitted to a water-cooled copper plate. 溶融池における溶接電流密度の分布を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the distribution of welding current density in a molten pool. (a),(b)は、溶融池の上面における溶融金属の流速ベクトル分布を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing the flow velocity vector distribution of molten metal on the upper surface of the molten pool. (a),(b)は、溶融池の内部における溶融金属の流速分布を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing the flow velocity distribution of molten metal inside a molten pool. (a)~(e)は、溶接部の断面写真である。(a) to (e) are cross-sectional photographs of welded parts. 本発明の第2の実施の形態の磁場印加装置における前側コイル及び後側コイルの位置を示した図である。It is a figure showing the position of a front side coil and a back side coil in a magnetic field application device of a 2nd embodiment of the present invention. (a),(b)は、溶接トーチが最も前側及び最も後側にあるときの溶接電流密度の高さ方向の分布を示したグラフである。(a) and (b) are graphs showing the distribution of welding current density in the height direction when the welding torch is at the frontmost and rearmost positions. 表2の構成での磁束密度の高さ方向の分布を示したグラフである。3 is a graph showing the distribution of magnetic flux density in the height direction in the configuration shown in Table 2. 表2の構成でのローレンツ力の高さ方向の分布を示したグラフである。3 is a graph showing the distribution of Lorentz force in the height direction in the configuration shown in Table 2. (a),(b)は、表2の構成でローレンツ力の平均値を溶融池と溶融スラグとで比較した棒グラフである。(a) and (b) are bar graphs comparing the average values of Lorentz force between the molten pool and the molten slag in the configuration shown in Table 2. (a),(b)は、溶融スラグ及び溶融池について溶接トーチの位置に対する溶接電流密度の分布を示したグラフである。(a) and (b) are graphs showing the distribution of welding current density with respect to the position of the welding torch for molten slag and molten pool. (a),(b)は、溶接トーチが前側及び後側に位置するときの前側及び後側のローレンツ力の高さ方向の分布を示したグラフである。(a) and (b) are graphs showing the distribution of the Lorentz force on the front side and the rear side in the height direction when the welding torch is located on the front side and the rear side. (a),(b)は、溶接トーチが前側及び後側に位置するときの前側及び後側のローレンツ力の平均値を溶融池と溶融スラグとで比較した棒グラフである。(a) and (b) are bar graphs comparing the average values of the Lorentz force on the front side and the rear side when the welding torch is located on the front side and the rear side for the molten pool and the molten slag. (a),(b)は、前側コイル及び後側コイルの磁極の向きを変えない場合に生じる問題について示した図である。(a) and (b) are diagrams illustrating problems that occur when the directions of the magnetic poles of the front coil and the rear coil are not changed. (a)~(d)は、電磁攪拌用の印加磁界の反転方法について説明するためのタイムチャートである。(a) to (d) are time charts for explaining a method of reversing the applied magnetic field for electromagnetic stirring. 本発明の第3の実施の形態の第1の実施例における磁場印加装置の構成を横から見た図である。FIG. 7 is a side view of the configuration of a magnetic field application device in a first example of a third embodiment of the present invention. (a),(b)は、前側コイル及び後側コイルの上下昇降の様子を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing how the front coil and the rear coil move up and down. (a),(b)は、前側コイル及び後側コイルの上下昇降の様子を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing how the front coil and the rear coil move up and down. 本発明の第3の実施の形態の第2の実施例における磁場印加装置の構造を示した図である。It is a figure showing the structure of the magnetic field application device in the 2nd example of the 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態の第2の実施例における磁場印加装置の構成を横から見た図である。FIG. 7 is a side view of the configuration of a magnetic field application device in a second example of the third embodiment of the present invention. (a),(b)は、前側水冷銅板及び後側水冷銅板の上下昇降の様子を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing how the front water-cooled copper plate and the rear water-cooled copper plate move up and down. (a),(b)は、前側水冷銅板及び後側水冷銅板の上下昇降の様子を示した図である。(a) and (b) are diagrams showing how the front water-cooled copper plate and the rear water-cooled copper plate move up and down.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施の形態]
まず、第1の実施の形態における磁場印加装置1の構成について説明する。図1(a),(b)は、第1の実施の形態における磁場印加装置1を前側(表側ともいう)から見たときの斜視図であり、図2(a),(b)は、第1の実施の形態における磁場印加装置1を後側(裏側ともいう)から見たときの斜視図である。
[First embodiment]
First, the configuration of the magnetic field application device 1 in the first embodiment will be described. 1(a) and (b) are perspective views of the magnetic field application device 1 according to the first embodiment when viewed from the front side (also referred to as the front side), and FIGS. 2(a) and (b) are FIG. 2 is a perspective view of the magnetic field application device 1 according to the first embodiment when viewed from the rear side (also referred to as the back side).

第1の実施の形態における磁場印加装置1は、図1(a),(b)及び図2(a),(b)に示すように、溶接ワイヤ5と、前側水冷銅板10と、後側水冷銅板20と、前側コイル30と、後側コイル40とを含む。 As shown in FIGS. 1(a), (b) and 2(a), (b), the magnetic field application device 1 in the first embodiment includes a welding wire 5, a front water-cooled copper plate 10, and a rear water-cooled copper plate 10. It includes a water-cooled copper plate 20, a front coil 30, and a rear coil 40.

溶接ワイヤ5は、母材2,3の突き合わせ部に形成された開先部4に挿入される。そして、溶接電源(図示せず)により通電された状態で開先部4内の溶融スラグ6(図3参照)に供給され、溶融スラグ6内のジュール発熱によって溶融され、溶融金属を溶融池7(図3参照)に落とし込むことで下から上に向かって順次溶接して行くためのものである。 Welding wire 5 is inserted into groove 4 formed at the butt portion of base materials 2 and 3. Then, the molten slag 6 (see FIG. 3) in the groove 4 is supplied while being energized by a welding power source (not shown), and is melted by Joule heat generation in the molten slag 6, and the molten metal is transferred to a molten pool 7. (See Figure 3) to weld sequentially from the bottom to the top.

前側水冷銅板10は、母材2,3の開先部4の前側を覆う水冷のための銅板である。前側水冷銅板10には、水冷のための冷却水を流入させる流入口(図示せず)と、水冷のための冷却水を流出させる流出口(図示せず)が設けられる。また、後側水冷銅板20は、母材2,3の開先部4の後側を覆う水冷のための銅板である。後側水冷銅板20にも、水冷のための冷却水を流入させる流入口(図示せず)と、水冷のための冷却水を流出させる流出口(図示せず)が設けられる。 The front water-cooled copper plate 10 is a copper plate for water cooling that covers the front side of the groove portion 4 of the base materials 2 and 3. The front water-cooled copper plate 10 is provided with an inlet (not shown) through which cooling water for water cooling flows in, and an outlet (not shown) through which cooling water for water cooling flows out. Further, the rear water-cooled copper plate 20 is a copper plate for water cooling that covers the rear side of the groove portion 4 of the base materials 2 and 3. The rear water-cooled copper plate 20 is also provided with an inlet (not shown) through which cooling water for water cooling flows in, and an outlet (not shown) through which cooling water for water cooling flows out.

前側コイル30は、前側水冷銅板10に配置される磁気コイルである。前側コイル30は、コイル用電源(図示せず)により通電されることにより、磁場を発生させて、その磁場を溶融池7(図3参照)に印加する。また、後側コイル40は、後側水冷銅板20に配置される磁気コイルである。後側コイル40も、コイル用電源(図示せず)により通電されることにより、磁場を発生させて、その磁場を溶融池7(図3参照)に印加する。 The front coil 30 is a magnetic coil arranged on the front water-cooled copper plate 10. The front coil 30 is energized by a coil power source (not shown) to generate a magnetic field and apply the magnetic field to the molten pool 7 (see FIG. 3). Further, the rear coil 40 is a magnetic coil arranged on the rear water-cooled copper plate 20. The rear coil 40 is also energized by a coil power source (not shown) to generate a magnetic field and apply the magnetic field to the molten pool 7 (see FIG. 3).

ここで、図1(a)は、前側コイル30を嵌める前の磁場印加装置1の斜視図であり、図1(b)は、前側コイル30を嵌めた後の磁場印加装置1の斜視図である。前側水冷銅板10が溶接の進行に応じて上側に移動した場合、前側コイル30も同じく上側に移動する必要があるので、図示するように、前側水冷銅板10には穴11が設けられ、その穴11に前側コイル30の鉄芯31が嵌っている。 Here, FIG. 1(a) is a perspective view of the magnetic field application device 1 before the front coil 30 is fitted, and FIG. 1(b) is a perspective view of the magnetic field application device 1 after the front coil 30 is fitted. be. When the front water-cooled copper plate 10 moves upward as welding progresses, the front coil 30 also needs to move upward, so as shown in the figure, a hole 11 is provided in the front water-cooled copper plate 10, and the hole 11 into which the iron core 31 of the front coil 30 is fitted.

また、図2(a)は、後側コイル40を嵌める前の磁場印加装置1の斜視図であり、図2(b)は、後側コイル40を嵌めた後の磁場印加装置1の斜視図である。後側水冷銅板20は母材2,3に固定されているので、図示するように、後側水冷銅板20には鉛直方向に溝21が設けられ、後側コイル40の鉄芯41はその溝21に嵌ったまま、溶接の進行に応じて上側に移動するようになっている。 2(a) is a perspective view of the magnetic field application device 1 before the rear coil 40 is fitted, and FIG. 2(b) is a perspective view of the magnetic field application device 1 after the rear coil 40 is fitted. It is. Since the rear water-cooled copper plate 20 is fixed to the base materials 2 and 3, a groove 21 is provided in the rear water-cooled copper plate 20 in the vertical direction as shown in the figure, and the iron core 41 of the rear coil 40 is inserted into the groove. 21 and moves upward as welding progresses.

尚、本実施の形態では、図1(a),(b)及び図2(a),(b)に示すように、前側コイル30が開先部4の表側に配置されており、後側コイル40が開先部4の裏側に配置されている。また、前側水冷銅板10が、開先部4の表側の面、即ち、表面に配置されており、後側水冷銅板20が、開先部4の裏側の面、即ち、裏面に配置されている。この状態で、前側コイル30の配置位置は、前側水冷銅板10の母材2,3とは反対側であり、後側コイル40の配置位置は、後側水冷銅板20の母材2,3とは反対側であると言える。 In this embodiment, as shown in FIGS. 1(a) and 2(b) and 2(a) and 2(b), the front coil 30 is arranged on the front side of the groove part 4, and the front coil 30 is arranged on the front side of the groove part 4. A coil 40 is arranged on the back side of the groove 4. Further, the front water-cooled copper plate 10 is arranged on the front surface of the groove 4, that is, the front surface, and the rear water-cooled copper plate 20 is arranged on the back surface of the groove 4, that is, the back surface. . In this state, the front coil 30 is arranged on the opposite side of the base materials 2 and 3 of the front water-cooled copper plate 10, and the rear coil 40 is arranged on the opposite side of the base materials 2 and 3 of the rear water-cooled copper plate 20. can be said to be on the opposite side.

また、本実施の形態では、図1(a),(b)及び図2(a),(b)に示すように、母材2,3の中心を通り母材2,3に平行な平面上で溶接の進行方向に垂直な方向で母材2,3の前側から見て右側に向かう方向をX軸の正の方向とする。また、母材2,3の中心を通り母材2,3に平行な平面に垂直な方向で母材2,3の後側に向かう方向をY軸の正の方向とする。更に、母材2,3の中心を通り母材2,3に平行な平面上の溶接の進行方向をZ軸の正の方向とする。 In addition, in this embodiment, as shown in FIGS. 1(a), (b) and 2(a), (b), a plane passing through the center of the base materials 2, 3 and parallel to the base materials 2, 3. The positive direction of the X-axis is defined as the direction perpendicular to the direction of progress of welding and toward the right side when viewed from the front side of the base materials 2 and 3. Further, a direction passing through the center of the base materials 2, 3 and perpendicular to a plane parallel to the base materials 2, 3 and toward the rear side of the base materials 2, 3 is defined as a positive direction of the Y-axis. Further, the welding direction on a plane passing through the centers of the base materials 2 and 3 and parallel to the base materials 2 and 3 is defined as the positive direction of the Z-axis.

次に、第1の実施の形態の磁場印加装置1における前側コイル30及び後側コイル40の諸元について説明する。下記表は、前側コイル30及び後側コイル40の諸元を示したものである。 Next, specifications of the front coil 30 and the rear coil 40 in the magnetic field application device 1 of the first embodiment will be explained. The table below shows the specifications of the front coil 30 and the rear coil 40.

Figure 0007377733000001
Figure 0007377733000001

表に示す通り、前側コイル30のアンペアターンは6000ATとし、後側コイル40のアンペアターンは9000ATとしている。また、前側コイル30の鉄芯31及び後側コイル40の鉄芯41のサイズは何れも、直径20mm、長さ60mmとしている。 As shown in the table, the ampere turns of the front coil 30 are 6000 AT, and the ampere turns of the rear coil 40 are 9000 AT. Further, the sizes of the iron core 31 of the front coil 30 and the iron core 41 of the rear coil 40 are both 20 mm in diameter and 60 mm in length.

次に、第1の実施の形態の磁場印加装置1における前側コイル30及び後側コイル40の配置について説明する。図3は、磁場印加装置1における前側コイル30及び後側コイル40の位置を示した図である。本実施の形態では、図示するように、前側コイル30の鉄芯31及び後側コイル40の鉄芯41を、その軸心の位置が、溶接ワイヤ5の先端から20mm~25mm下の位置になるように配置している。溶接ワイヤ5の先端から溶融池7までの距離は10mm~15mmなので、このような配置とすることで、鉄芯31及び鉄芯41の上端が溶融スラグ6と溶融池7との界面8と比較して、略同じ高さとなるか又は低くなる。 Next, the arrangement of the front coil 30 and the rear coil 40 in the magnetic field application device 1 of the first embodiment will be explained. FIG. 3 is a diagram showing the positions of the front coil 30 and the rear coil 40 in the magnetic field application device 1. In this embodiment, as shown in the figure, the axes of the iron core 31 of the front coil 30 and the iron core 41 of the rear coil 40 are located 20 mm to 25 mm below the tip of the welding wire 5. It is arranged like this. Since the distance from the tip of the welding wire 5 to the molten pool 7 is 10 mm to 15 mm, by arranging it in this way, the upper ends of the iron core 31 and the iron core 41 can be compared to the interface 8 between the molten slag 6 and the molten pool 7. Therefore, the height will be approximately the same or it will be lower.

次に、本実施の形態の磁場印加装置1により溶接個所に印加される磁場の分布について説明する。図4は、溶接個所における磁場の分布を示した図である。具体的には、溶接個所における磁場の分布のシミュレーション結果である。図3に示した前側コイル30及び後側コイル40の配置により、同じく溶接電流が流れている溶融スラグ6に印加される磁場の強度を低く保ちながら、溶融池7に磁場を印加できていることが分かる。 Next, the distribution of the magnetic field applied to the welding location by the magnetic field applying device 1 of this embodiment will be explained. FIG. 4 is a diagram showing the distribution of the magnetic field at the welding location. Specifically, it is a simulation result of the magnetic field distribution at the welding location. The arrangement of the front coil 30 and rear coil 40 shown in FIG. 3 makes it possible to apply a magnetic field to the molten pool 7 while keeping the strength of the magnetic field low, which is applied to the molten slag 6 through which welding current is also flowing. I understand.

次に、本実施の形態の磁場印加装置1において水冷銅板にコイルが嵌っている場合と嵌っていない場合とを比較して説明する。図5は、水冷銅板にコイルを嵌めた状態での磁場分布と水冷銅板にコイルを嵌めていない状態での磁場分布とを比較したグラフである。具体的には、前者の磁場分布は、前側水冷銅板10の穴11に前側コイル30の鉄芯31を嵌め、後側水冷銅板20の溝21に後側コイル40の鉄芯41を嵌めた状態での溶融池7の磁場分布のシミュレーション結果である。一方、後者の磁場分布は、前側水冷銅板10の穴11に前側コイル30の鉄芯31を嵌めず、後側水冷銅板20の溝21に後側コイル40の鉄芯41を嵌めない状態、言い換えると鉄芯41の先端が溶融池7から離れている状態での溶融池7の磁場分布のシミュレーション結果である。尚、グラフにおいて、前後方向位置の正方向は、磁場印加装置1の前側の方向を示している。グラフから、水冷銅板にコイルを嵌めた状態の方が、水冷銅板にコイルを嵌めていない状態よりも、磁場の強度が増加することが分かる。磁場の強度の増加は、特に、溶融池7の前後の界面8で著しく、約2倍に増加させることができる。 Next, in the magnetic field applying device 1 of this embodiment, a case where a coil is fitted into the water-cooled copper plate and a case where a coil is not fitted will be compared and explained. FIG. 5 is a graph comparing the magnetic field distribution when a coil is fitted to a water-cooled copper plate and the magnetic field distribution when a coil is not fitted to a water-cooled copper plate. Specifically, the former magnetic field distribution is obtained when the iron core 31 of the front coil 30 is fitted into the hole 11 of the front water-cooled copper plate 10 and the iron core 41 of the rear coil 40 is fitted into the groove 21 of the rear water-cooled copper plate 20. These are the simulation results of the magnetic field distribution in the molten pool 7. On the other hand, the latter magnetic field distribution is a state in which the iron core 31 of the front coil 30 is not fitted into the hole 11 of the front water-cooled copper plate 10 and the iron core 41 of the rear coil 40 is not fitted into the groove 21 of the rear water-cooled copper plate 20. These are simulation results of the magnetic field distribution in the molten pool 7 in a state where the tip of the iron core 41 is away from the molten pool 7. In the graph, the positive direction of the longitudinal position indicates the front direction of the magnetic field application device 1. From the graph, it can be seen that the strength of the magnetic field increases when the coil is fitted to the water-cooled copper plate, compared to when the coil is not fitted to the water-cooled copper plate. The increase in the strength of the magnetic field is particularly significant at the interface 8 before and after the molten pool 7 and can be increased by a factor of about two.

次に、本実施の形態の磁場印加装置1における溶融池7の溶接電流密度の分布について説明する。図6は、溶融池7における溶接電流密度の分布を示した図である。具体的には、溶融池7に磁場を印加しながら溶接ワイヤ5に30Vの直流電圧を印加して後側から観察した溶接電流密度の分布のシミュレーション結果である。図5から、溶融池7における溶接電流密度は約1.0×10[A/m]~3.2×10[A/m]となっており、溶融池7にも溶接電流が流れていることが分かる。従って、この溶融池7の溶接電流に静磁場を印加することで電磁攪拌を起こすことができる。 Next, the distribution of welding current density in the molten pool 7 in the magnetic field application device 1 of this embodiment will be explained. FIG. 6 is a diagram showing the distribution of welding current density in the molten pool 7. Specifically, these are simulation results of the distribution of welding current density observed from the rear side while applying a DC voltage of 30 V to the welding wire 5 while applying a magnetic field to the molten pool 7. From FIG. 5, the welding current density in the molten pool 7 is about 1.0×10 5 [A/m 2 ] to 3.2×10 5 [A/m 2 ], and the welding current density in the molten pool 7 is You can see that it is flowing. Therefore, by applying a static magnetic field to the welding current of this molten pool 7, electromagnetic stirring can be caused.

次に、本実施の形態の磁場印加装置1により生じる溶融池7の上面における溶融金属の流速分布について説明する。図7(a),(b)は、溶融池7の上面における溶融金属の流速ベクトル分布を示した図である。具体的には、溶融池7の内部に電磁攪拌によって発生する溶融金属の流れのシミュレーション結果である。図7(a)は、前側コイル30が発生する磁場の方向と後側コイル40が発生する磁場の方向とが同じ場合を示し、図7(b)は、前側コイル30が発生する磁場の方向と後側コイル40が発生する磁場の方向とが反対の場合を示す。溶融池7のうち、鉄芯31,41に最も近い部分に最も大きなローレンツ力が働くので、流速は、溶融池7の前側及び後側で最も速く、約0.2m/sとなる。図7(a)では、前側コイル30が発生する磁場の方向と後側コイル40が発生する磁場の方向とが同じなので、溶融池7の前側及び後側で流れの向きも同じになり、溶融池7の水平面内にS字状の流れが生じている。また、図7(a),(b)から分かるように、流速分布は左右非対称になっている。よって、印加する磁場の方向を1.0Hz以下の低周波数で反転させることは攪拌効果を平均化させるために効果的である。但し、周波数を1.0Hz以上にすると、流れが成長する前にローレンツ力が反転し攪拌効果は小さくなるので、1.0Hz以下が妥当である。 Next, the flow velocity distribution of the molten metal on the upper surface of the molten pool 7 generated by the magnetic field application device 1 of this embodiment will be explained. FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the flow velocity vector distribution of the molten metal on the upper surface of the molten pool 7. FIG. Specifically, these are simulation results of the flow of molten metal generated inside the molten pool 7 by electromagnetic stirring. 7(a) shows a case where the direction of the magnetic field generated by the front coil 30 and the direction of the magnetic field generated by the rear coil 40 are the same, and FIG. 7(b) shows the direction of the magnetic field generated by the front coil 30. This shows a case where the direction of the magnetic field generated by the rear coil 40 is opposite. Since the largest Lorentz force acts on the parts of the molten pool 7 closest to the iron cores 31 and 41, the flow velocity is fastest at the front and rear sides of the molten pool 7, about 0.2 m/s. In FIG. 7(a), the direction of the magnetic field generated by the front coil 30 and the direction of the magnetic field generated by the rear coil 40 are the same, so the flow direction is the same on the front and rear sides of the molten pool 7, and the molten An S-shaped flow occurs in the horizontal plane of the pond 7. Moreover, as can be seen from FIGS. 7(a) and 7(b), the flow velocity distribution is asymmetrical. Therefore, reversing the direction of the applied magnetic field at a low frequency of 1.0 Hz or less is effective for averaging the stirring effect. However, if the frequency is set to 1.0 Hz or higher, the Lorentz force will reverse before the flow grows and the stirring effect will become smaller, so a frequency of 1.0 Hz or lower is appropriate.

次に、本実施の形態の磁場印加装置1により生じる溶融池7の内部における溶融金属の流速分布について説明する。図8(a),(b)は、溶融池7の内部における溶融金属の流速分布を示した図である。図8(a)は、静磁場を印加した場合の流速分布を示す。ここでは、前側コイル30及び後側コイル40の起磁力は何れも6000ATとし、前側コイル30が発生する磁場の方向と後側コイル40が発生する磁場の方向とは同じとしている。また、図8(b)は、溶融池7の水平面内で回転する10Hzの回転磁場を印加した場合の流速分布を示す。ここでは、1つの前側コイル30及び2つの後側コイル40を用い、各コイルの起磁力は6000ATとしている。尚、図8(a),(b)の各図において、上側の流速分布図は溶融池7の上面の流速分布図を示し、中央の流速分布図は溶融池7の中心面の流速分布図を示し、下側の流速分布図は溶融池7の下面の流速分布図を示している。図8(a)と図8(b)とを比較すると、明らかに10Hzの回転磁場を印加した場合の流速は1桁以上小さく、攪拌効果が期待できないことが分かる。 Next, the flow velocity distribution of molten metal inside the molten pool 7 generated by the magnetic field application device 1 of this embodiment will be explained. FIGS. 8(a) and 8(b) are diagrams showing the flow velocity distribution of molten metal inside the molten pool 7. FIG. FIG. 8(a) shows the flow velocity distribution when a static magnetic field is applied. Here, the magnetomotive forces of the front coil 30 and the rear coil 40 are both 6000 AT, and the direction of the magnetic field generated by the front coil 30 and the direction of the magnetic field generated by the rear coil 40 are assumed to be the same. Further, FIG. 8(b) shows the flow velocity distribution when a 10 Hz rotating magnetic field rotating within the horizontal plane of the molten pool 7 is applied. Here, one front coil 30 and two rear coils 40 are used, and the magnetomotive force of each coil is 6000 AT. In each of FIGS. 8(a) and 8(b), the upper flow velocity distribution diagram shows the flow velocity distribution diagram on the upper surface of the molten pool 7, and the middle flow velocity distribution diagram shows the flow velocity distribution diagram on the center surface of the molten pool 7. , and the lower flow velocity distribution diagram shows the flow velocity distribution diagram on the lower surface of the molten pool 7. Comparing FIG. 8(a) and FIG. 8(b), it is clear that the flow velocity when a rotating magnetic field of 10 Hz is applied is one order of magnitude lower, and no stirring effect can be expected.

次に、溶接部9(図3参照)の断面観測結果について説明する。図9(a)~(e)は、溶接部9の断面写真である。具体的には、図9(a),(b),(c),(d),(e)はそれぞれ、静磁場を印加した場合、周波数が0.25Hzの矩形波の磁場を印加した場合(1回目)、周波数が0.25Hzの矩形波の磁場を印加した場合(2回目)、周波数が1.0Hzの矩形波の磁場を印加した場合、磁場を印加しなかった場合における断面写真である。これらの断面写真を、結晶粒界が小さい順に並べると、写真中に矢印で示すように、(a)<(b),(c)<(d)<(e)となる。(e)の磁場を印加しなかった場合と比較して、(a)の静磁場を印加した場合の方が、結晶粒界が小さくなり、電磁攪拌による結晶粒界の微細化の効果を得ることができている。また、(b),(c)の低周波数(1.0Hz未満)で矩形波の磁場を印加した場合も、(a)の静磁場を印加した場合には劣るが、同様の効果を得ることができている。 Next, the cross-sectional observation results of the welded portion 9 (see FIG. 3) will be explained. 9(a) to (e) are cross-sectional photographs of the welded portion 9. Specifically, Figures 9(a), (b), (c), (d), and (e) show the results when a static magnetic field is applied, and when a rectangular wave magnetic field with a frequency of 0.25 Hz is applied, respectively. (first time), when a square wave magnetic field with a frequency of 0.25 Hz was applied (second time), when a square wave magnetic field with a frequency of 1.0 Hz was applied, and when no magnetic field was applied. be. When these cross-sectional photographs are arranged in descending order of grain boundaries, (a) < (b), (c) < (d) < (e) as shown by arrows in the photographs. Compared to the case (e) when no magnetic field is applied, the grain boundaries are smaller when the static magnetic field (a) is applied, and the effect of grain boundary refinement due to electromagnetic stirring is obtained. I am able to do that. Furthermore, applying a rectangular wave magnetic field at a low frequency (less than 1.0 Hz) in (b) and (c) can also produce similar effects, although it is inferior to applying a static magnetic field in (a). is completed.

本実施の形態では、開先部4の前側に配置する前側水冷銅板10の外側に前側コイル30を配置し、開先部4の後側に配置する後側水冷銅板20の外側に後側コイル40を配置した。具体的には、前側水冷銅板10に穴11を掘り、その穴11に前側コイル30の鉄芯31を嵌めると共に、後側水冷銅板20に溝21を掘り、その溝21に後側コイル40の鉄芯41を嵌めるようにした。これにより、溶融池7に印加できる磁界強度が向上し、溶融池7の磁気攪拌効果も向上した。 In this embodiment, the front coil 30 is arranged on the outside of the front water-cooled copper plate 10 arranged on the front side of the groove 4, and the rear coil 30 is arranged on the outside of the rear water-cooled copper plate 20 arranged on the rear side of the groove 4. 40 were placed. Specifically, a hole 11 is dug in the front water-cooled copper plate 10, and the iron core 31 of the front coil 30 is fitted into the hole 11, and a groove 21 is dug in the rear water-cooled copper plate 20, and the rear coil 40 is inserted into the groove 21. The iron core 41 was fitted. As a result, the strength of the magnetic field that can be applied to the molten pool 7 was improved, and the magnetic stirring effect of the molten pool 7 was also improved.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態における磁場印加装置1’の構成は、図1(a),(b)及び図2(a),(b)に示したものと同じなので、説明を省略する。
[Second embodiment]
The configuration of the magnetic field application device 1' in the second embodiment is the same as that shown in FIGS. 1(a), (b) and FIGS. 2(a), (b), so the description thereof will be omitted.

次に、第2の実施の形態の磁場印加装置1’における前側コイル30及び後側コイル40の配置について説明する。図10は、磁場印加装置1’における前側コイル30及び後側コイル40の位置を示した図である。本実施の形態では、前側コイル30及び後側コイル40の諸元を下記表2のように設定した。 Next, the arrangement of the front coil 30 and the rear coil 40 in the magnetic field application device 1' of the second embodiment will be explained. FIG. 10 is a diagram showing the positions of the front coil 30 and the rear coil 40 in the magnetic field application device 1'. In this embodiment, the specifications of the front coil 30 and the rear coil 40 are set as shown in Table 2 below.

Figure 0007377733000002
Figure 0007377733000002

即ち、図10に示すように、前側コイル30の鉄芯31及び後側コイル40の鉄芯41を、その軸心の位置が、溶融スラグ6と溶融池7との界面8から20mm下の位置になるように配置している。これは、溶融スラグ6に印加される磁界を小さくしたいからである。また、表2に示すように、前側コイル30の鉄芯31及び後側コイル40の鉄芯41のサイズは何れも、直径20mm、長さ60mmとしている。この状態で、表2に示すように前側コイル30及び後側コイル40に3000AT(アンペアターン)の起磁力を印加したときの溶融池7及び溶融スラグ6に働くローレンツ力を見積もった。 That is, as shown in FIG. 10, the iron core 31 of the front coil 30 and the iron core 41 of the rear coil 40 are positioned so that their axial centers are 20 mm below the interface 8 between the molten slag 6 and the molten pool 7. It is arranged so that This is because it is desired to reduce the magnetic field applied to the molten slag 6. Further, as shown in Table 2, the sizes of the iron core 31 of the front coil 30 and the iron core 41 of the rear coil 40 are both 20 mm in diameter and 60 mm in length. In this state, as shown in Table 2, the Lorentz force acting on the molten pool 7 and the molten slag 6 was estimated when a magnetomotive force of 3000 AT (ampere turns) was applied to the front coil 30 and the rear coil 40.

また、エレクトラスラグ溶接では、母材2,3の厚さ方向にムラ無く溶接するため、溶接トーチ90を前後方向に摺動させる。図3では、この溶接トーチ90の摺動運動については示していなかったが、図10では、溶接トーチ90が、厚さ方向に16mmの幅で摺動運動することを示している。具体的には、厚さ方向の中心から、前側に9mm、後側に7mm摺動運動するものとする。 Furthermore, in electrus slag welding, the welding torch 90 is slid in the front-rear direction in order to uniformly weld the base materials 2 and 3 in the thickness direction. Although FIG. 3 does not show the sliding movement of this welding torch 90, FIG. 10 shows that the welding torch 90 slides in a width of 16 mm in the thickness direction. Specifically, it is assumed that the sliding movement is 9 mm toward the front and 7 mm toward the rear from the center in the thickness direction.

図11(a),(b)はそれぞれ、溶接トーチ90が最も前側にあるとき及び最も後側にあるときの溶接電流密度の高さ方向の分布を示したグラフである。これらのグラフでは、溶融池7及び溶融スラグ6の前側の溶接電流密度を実線で示し、溶融池7及び溶融スラグ6の後側の溶接電流密度を破線で示している。図11(a)から、溶接トーチ90が前側に来たとき、溶融池7の前側の溶接電流密度と溶融スラグ6の前側の溶接電流密度とを比較すると、溶融池7よりも溶融スラグ6の方が溶接電流密度が大きいことが分かる。但し、後ろ側の溶接電流密度については、溶接トーチ90が離れることにより、溶融池7よりも溶融スラグ6の方がその絶対値は小さくなっている。一方、図11(b)から、溶接トーチ90が後側にある場合はこれとは逆であることが分かる。 FIGS. 11A and 11B are graphs showing the distribution of welding current density in the height direction when the welding torch 90 is located at the frontmost side and when the welding torch 90 is located at the rearmost side, respectively. In these graphs, the welding current density on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 is shown as a solid line, and the welding current density on the back side of the molten pool 7 and molten slag 6 is shown as a broken line. From FIG. 11(a), when the welding torch 90 comes to the front side, comparing the welding current density on the front side of the molten pool 7 and the welding current density on the front side of the molten slag 6, it is found that the molten slag 6 is more concentrated than the molten pool 7. It can be seen that the welding current density is higher in the However, the absolute value of the welding current density on the rear side is smaller in the molten slag 6 than in the molten pool 7 because the welding torch 90 is moved away. On the other hand, it can be seen from FIG. 11(b) that the situation is opposite when the welding torch 90 is on the rear side.

図12は、表2の構成での磁束密度の高さ方向の分布を示したグラフである。このグラフでは、溶融池7及び溶融スラグ6の前側の磁束密度を実線で示し、溶融池7及び溶融スラグ6の後側の磁束密度を破線で示している。図12から、鉄芯31及び鉄芯41の位置を下げた効果として、溶融池7よりも溶融スラグ6の方が磁界強度が低くなっていることが分かる。 FIG. 12 is a graph showing the distribution of magnetic flux density in the height direction in the configuration shown in Table 2. In this graph, the magnetic flux density on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 is shown by a solid line, and the magnetic flux density on the rear side of the molten pool 7 and molten slag 6 is shown as a broken line. From FIG. 12, it can be seen that as an effect of lowering the positions of the iron core 31 and the iron core 41, the magnetic field strength is lower in the molten slag 6 than in the molten pool 7.

図13は、表2の構成でのローレンツ力の高さ方向の分布を示したグラフである。このグラフでは、溶接トーチ90が前側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の前側のローレンツ力を実線で示し、溶接トーチ90が後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の後側のローレンツ力を破線で示している。 FIG. 13 is a graph showing the distribution of Lorentz force in the height direction in the configuration shown in Table 2. In this graph, the Lorentz force on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the front side is shown as a solid line, and the Lorentz force on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the rear side is shown as a solid line. The Lorentz force on the rear side is shown by the dashed line.

図14(a),(b)は、表2の構成で、ローレンツ力の平均値を溶融池7と溶融スラグ6とで比較した棒グラフである。具体的には、図14(a)は、図13に実線で示した、溶接トーチ90が前側に位置するときに溶融池7及び溶融スラグ6の前側に働くローレンツ力の平均値を示す。また、図14(b)は、図13に破線で示した、溶接トーチ90が後側に位置するときに溶融池7及び溶融スラグ6の後側に働くローレンツ力の平均値を示す。図14(a),(b)から、溶融スラグ6よりも溶融池7の方が大きなローレンツ力が働いていることが分かる。 FIGS. 14(a) and 14(b) are bar graphs comparing the average values of the Lorentz force between the molten pool 7 and the molten slag 6 in the configuration shown in Table 2. Specifically, FIG. 14(a) shows the average value of the Lorentz force acting on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the front side, as shown by the solid line in FIG. 13. Moreover, FIG.14(b) shows the average value of the Lorentz force which acts on the rear side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the rear side, which is shown by the broken line in FIG. It can be seen from FIGS. 14(a) and 14(b) that a larger Lorentz force acts on the molten pool 7 than on the molten slag 6.

次に、溶融スラグ6に生じる電磁攪拌効果を更に抑制する方法について述べる。 Next, a method for further suppressing the electromagnetic stirring effect occurring in the molten slag 6 will be described.

図15(a),(b)はそれぞれ、溶融スラグ6及び溶融池7について、溶接トーチ90の位置に対する溶接電流密度の分布を示したグラフである。各グラフでは、溶融スラグ6又は溶融池7の前側の溶接電流密度を実線で示し、溶融スラグ6又は溶融池7の後側の溶接電流密度を破線で示している。図15(a)の溶融スラグ6中間の溶接電流密度の分布と、図15(b)の溶融池7中間の溶接電流密度の分布とを比較すると、前者が溶接トーチ90の位置に対して二次関数に近い形状を有しているのに対し、後者は溶接トーチ90の位置に対して一次関数に近い形状を有している。即ち、溶融池7の方が、溶融スラグ6よりも、溶接電流密度の溶接トーチ90の位置に対する依存性が少ない。よって、溶接トーチ90が前側コイル30の鉄芯31に最も近付いたときに、前側コイル30の電流値を最小にし、後側コイル40の電流値を最大にするとよい。これにより、溶融スラグ6に働く電磁力を効果的に抑制しながら、有意な大きさの電磁力を溶融池7に働かせることが可能になる。逆に、溶接トーチ90が後側コイル40の鉄芯41に最も近付いたときは、後側コイル40の電流値を最小にし、前側コイル30の電流値を最大にすればよい。 FIGS. 15A and 15B are graphs showing the distribution of welding current density with respect to the position of the welding torch 90 for the molten slag 6 and the molten pool 7, respectively. In each graph, the welding current density on the front side of the molten slag 6 or the molten pool 7 is shown as a solid line, and the welding current density on the rear side of the molten slag 6 or the molten pool 7 is shown as a broken line. Comparing the welding current density distribution in the middle of molten slag 6 in FIG. 15(a) and the welding current density distribution in the middle of molten pool 7 in FIG. The latter has a shape close to a linear function with respect to the position of the welding torch 90, whereas the latter has a shape close to a linear function with respect to the position of the welding torch 90. That is, the welding current density of the molten pool 7 has less dependence on the position of the welding torch 90 than the molten slag 6. Therefore, when the welding torch 90 comes closest to the iron core 31 of the front coil 30, it is preferable to minimize the current value of the front coil 30 and maximize the current value of the rear coil 40. Thereby, it becomes possible to apply a significant electromagnetic force to the molten pool 7 while effectively suppressing the electromagnetic force acting on the molten slag 6. Conversely, when the welding torch 90 comes closest to the iron core 41 of the rear coil 40, the current value of the rear coil 40 may be minimized and the current value of the front coil 30 may be maximized.

このような前側コイル30及び後側コイル40の通電方法により、溶融池7に有意な大きさの電磁攪拌ができると共に溶融スラグ6の電磁攪拌が抑制でき、溶融スラグ6が溶融池7に巻き込まれることがなくなる。その結果、溶接部9の機械的強度が向上する。 By such a method of energizing the front coil 30 and the rear coil 40, significant electromagnetic stirring can be applied to the molten pool 7, and electromagnetic stirring of the molten slag 6 can be suppressed, so that the molten slag 6 is rolled into the molten pool 7. Things will go away. As a result, the mechanical strength of the welded portion 9 is improved.

そこで、以上述べた溶接トーチ90の位置に同期して前側コイル30及び後側コイル40の電流値を変化させる方法を採用し、ローレンツ力の分布を見積もった。そのときの前側コイル30及び後側コイル40の諸元を下記表3に示す。 Therefore, a method was adopted in which the current values of the front coil 30 and the rear coil 40 were changed in synchronization with the position of the welding torch 90 as described above, and the distribution of the Lorentz force was estimated. The specifications of the front coil 30 and the rear coil 40 at that time are shown in Table 3 below.

Figure 0007377733000003
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図11(a),(b)では、溶接トーチ90が前側又は後側に位置するとき、その反対側の溶接電流密度は、溶接トーチ90の位置の溶接電流密度の最大値の半分以下に落ちていた。この溶接電流密度が小さくなった分を補うために印加磁界を大きくする必要がある。よって、表3に示すように、前側コイル30の鉄芯31及び後側コイル40の鉄芯41の位置を10mm上げ、通電電流値も前側コイル30で3倍、後側コイル40で2倍というように大きくした。 In FIGS. 11(a) and 11(b), when the welding torch 90 is located at the front or rear side, the welding current density on the opposite side drops to less than half the maximum value of the welding current density at the position of the welding torch 90. was. In order to compensate for this decrease in welding current density, it is necessary to increase the applied magnetic field. Therefore, as shown in Table 3, the positions of the iron core 31 of the front coil 30 and the iron core 41 of the rear coil 40 are raised by 10 mm, and the current value is tripled for the front coil 30 and doubled for the rear coil 40. I made it bigger.

図16(a),(b)は、それぞれ、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の前側のローレンツ力の高さ方向の分布、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の後側のローレンツ力の高さ方向の分布を示したグラフである。このうち、図16(a)は、表3の構成で、溶接トーチ90が後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の前側のローレンツ力の分布を太線で示す。図16(a)には表2の構成でのローレンツ力の分布も細線で示しているが、太線で示した表3の構成の場合、溶融スラグ6の方がローレンツ力がより抑制できているように見える。尚、図16(b)に示すように、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの後側のローレンツ力についても同様である。 16(a) and (b) show the distribution in the height direction of the Lorentz force on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the front side and the rear side, respectively, and the welding torch 90 is on the front side. It is a graph showing the distribution of the Lorentz force on the rear side of the molten pool 7 and the molten slag 6 in the height direction when the molten pool 7 and the molten slag 6 are located on the rear side. Among them, FIG. 16(a) shows the distribution of the Lorentz force on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the rear side in the configuration shown in Table 3 with a thick line. In Fig. 16(a), the distribution of Lorentz force in the configuration of Table 2 is also shown by a thin line, but in the case of the configuration of Table 3, which is shown by a thick line, the Lorentz force can be suppressed more with molten slag 6. looks like. The same applies to the Lorentz force on the rear side when the welding torch 90 is located on the front side and the rear side, as shown in FIG. 16(b).

このことを定量的に分かり易くするために、平均値で評価したグラフを示す。図17(a),(b)は、それぞれ、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の前側のローレンツ力の平均値、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の後側のローレンツ力の平均値を溶融池7と溶融スラグ6とで比較した棒グラフである。このうち、図17(a)は、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの溶融池7及び溶融スラグ6の前側のローレンツ力の平均値を示す。図17(a)から、表3の構成では、表2の構成と比べ、溶融スラグ6のローレンツ力がより抑制できていることが分かる。尚、図17(b)に示すように、溶接トーチ90が前側及び後側に位置するときの後側のローレンツ力についても同様である。 In order to make this quantitatively easier to understand, a graph is shown in which the average value was evaluated. 17(a) and (b) show the average values of the Lorentz forces on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the front side and the rear side, respectively, and the welding torch 90 is on the front side and the rear side. It is a bar graph comparing the average value of the Lorentz force on the rear side of the molten pool 7 and the molten slag 6 when the molten pool 7 and the molten slag 6 are located at . Among them, FIG. 17(a) shows the average value of the Lorentz force on the front side of the molten pool 7 and molten slag 6 when the welding torch 90 is located on the front side and the rear side. From FIG. 17(a), it can be seen that in the configuration of Table 3, the Lorentz force of the molten slag 6 can be suppressed more than in the configuration of Table 2. The same applies to the Lorentz force on the rear side when the welding torch 90 is located on the front side and the rear side, as shown in FIG. 17(b).

以上により、表3の構成でのローレンツ力の分布を見積もり、溶接トーチ90の位置と前側コイル30及び後側コイル40の電流値とを同期して変化させることで溶融スラグ6の電磁攪拌効果を抑制できることが分かったが、前側コイル30及び後側コイル40の通電方向、言い換えると磁極の向きを変えない場合は問題が生じる。 As described above, by estimating the Lorentz force distribution in the configuration shown in Table 3 and changing the position of the welding torch 90 and the current values of the front coil 30 and rear coil 40 synchronously, the electromagnetic stirring effect of the molten slag 6 can be improved. Although it has been found that this can be suppressed, a problem arises if the current direction of the front coil 30 and rear coil 40, in other words, the direction of the magnetic poles is not changed.

図18(a),(b)は、このような問題について示した図である。図18(a)に示すように、溶融スラグ6には電磁攪拌用の磁界を印加していない場合でも溶接電流によりピンチ力が働き、溶接ワイヤ5に沿って上から下に向かう強い流れSが生じている。この流れSは、電磁攪拌用の印加磁界が作用することにより、ローレンツ力の向きに応じて左右方向に曲げられることになる。図18(b)では、紙面奥行き方向の磁界Mがかけられているため、右方向にローレンツ力Fが働き、これにより、流れSが右方向にカーブしている。その結果、溶融スラグ6に左右方向の温度ムラが生じ、母材2,3の溶け込み量に差異が生じることになる。 FIGS. 18(a) and 18(b) are diagrams illustrating such a problem. As shown in FIG. 18(a), even when no magnetic field for electromagnetic stirring is applied to the molten slag 6, a pinch force is exerted on the molten slag 6 by the welding current, and a strong flow S flows from top to bottom along the welding wire 5. It is occurring. This flow S is bent in the left-right direction according to the direction of the Lorentz force by the action of the applied magnetic field for electromagnetic stirring. In FIG. 18(b), since the magnetic field M in the depth direction of the plane of the paper is applied, the Lorentz force F acts in the right direction, and as a result, the flow S curves in the right direction. As a result, temperature unevenness occurs in the molten slag 6 in the left-right direction, resulting in a difference in the amount of penetration between the base materials 2 and 3.

そこで、本実施の形態では、電磁攪拌用の印加磁界の向きを周期的に反転させることで、母材2,3の溶け込み量を左右均等にする。 Therefore, in this embodiment, by periodically reversing the direction of the applied magnetic field for electromagnetic stirring, the amounts of penetration of the base materials 2 and 3 are made equal on the left and right sides.

図19(a)~(d)は、電磁攪拌用の印加磁界の反転方法について説明するためのタイムチャートである。これらのタイムチャートでは、図19(a)に示すように、溶接トーチ90が後側に静止している時間を時刻t0~時刻t1とし、溶接トーチ90が後側から前側へ移動している時間を時刻t1~時刻t2とし、溶接トーチ90が前側に静止している時間を時刻t2~時刻t3とし、溶接トーチ90が前側から後側へ移動している時間を時刻t3~時刻t0とする。 FIGS. 19(a) to 19(d) are time charts for explaining a method of reversing the applied magnetic field for electromagnetic stirring. In these time charts, as shown in FIG. 19(a), the time during which the welding torch 90 is stationary on the rear side is defined as time t0 to time t1, and the time during which the welding torch 90 is moving from the rear side to the front side is defined as time t0 to time t1. is defined as time t1 to time t2, time during which welding torch 90 is stationary on the front side is defined as time t2 to time t3, and time during which welding torch 90 is moving from the front side to the rear side is defined as time t3 to time t0.

このうち、図19(c)は、溶接トーチ90の移動の周期ごとに磁極の向きを反転させる場合の通電パターンを示す。また、図19(d)は、溶接トーチ90が前側又は後側にあるときに磁極の向きを入れ替える場合の通電パターンを示す。更に、比較のために、溶接トーチ90の摺動運動に合わせて前側コイル30及び後側コイル40の磁極の向きを変更しない場合の通電パターンも図19(b)に示している。尚、図19(b)の通電パターンでは、前側コイル30の電流値の最大値、最小値をそれぞれ「前側コイル最大」、「前側コイル最小」とし、後側コイル40の電流値の最大値、最小値をそれぞれ「後側コイル最大」、「後側コイル最小」として、図19(c),(d)の通電パターンでも、磁極の向きを反転させない場合にはこれらの値をそのまま示し、磁極の向きを反転させる場合にはこれらの値にマイナスを付して示している。 Among them, FIG. 19(c) shows an energization pattern when the direction of the magnetic pole is reversed every cycle of movement of the welding torch 90. Further, FIG. 19(d) shows an energization pattern when the direction of the magnetic poles is changed when the welding torch 90 is on the front side or the rear side. Furthermore, for comparison, FIG. 19B also shows an energization pattern in the case where the directions of the magnetic poles of the front coil 30 and the rear coil 40 are not changed in accordance with the sliding movement of the welding torch 90. In the energization pattern of FIG. 19(b), the maximum value and minimum value of the current value of the front coil 30 are respectively referred to as "front coil maximum" and "front coil minimum", and the maximum value of the current value of the rear coil 40, Assuming that the minimum values are "maximum rear coil" and "minimum rear coil", respectively, and even in the energization patterns of Figs. 19(c) and (d), if the direction of the magnetic pole is not reversed, these values are shown as is, and the magnetic pole When the direction of is reversed, these values are indicated with a minus sign.

尚、本実施の形態では、溶接トーチ90が前側コイル30の鉄芯31に最も近付いたときに、前側コイル30の電流値を最小にして後側コイル40の電流値を最大にし、溶接トーチ90が後側コイル40の鉄芯41に最も近付いたときに、後側コイル40の電流値を最小にして前側コイル30の電流値を最大にしたが、これには限らない。溶接トーチ90が前側コイル30の鉄芯31に接近したときに前側コイル30の電流値を減少させて後側コイル40の電流値を増大させ、溶接トーチ90が後側コイル40の鉄芯41に接近したときに後側コイル40の電流値を減少させて前側コイル30の電流値を増大させてもよい。 In this embodiment, when the welding torch 90 approaches the iron core 31 of the front coil 30, the current value of the front coil 30 is minimized and the current value of the rear coil 40 is maximized, and the welding torch 90 Although the current value of the rear coil 40 is minimized and the current value of the front coil 30 is maximized when the rear coil 40 is closest to the iron core 41 of the rear coil 40, the present invention is not limited to this. When the welding torch 90 approaches the iron core 31 of the front coil 30, the current value of the front coil 30 is decreased and the current value of the rear coil 40 is increased, and the welding torch 90 approaches the iron core 41 of the rear coil 40. When approaching, the current value of the rear coil 40 may be decreased and the current value of the front coil 30 may be increased.

[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、前側コイル30及び後側コイル40を母材2,3に対して移動させる機構に関する実施の形態である。
[Third embodiment]
The third embodiment relates to a mechanism for moving the front coil 30 and the rear coil 40 relative to the base materials 2 and 3.

第3の実施の形態の第1の実施例では、第1の実施の形態における磁場印加装置1を用いる。即ち、第3の実施の形態の第1の実施例の構造は、図1(a),(b)、図2(a),(b)、図3に示したものとなる。この磁場印加装置1では、前述したように、後側水冷銅板20は母材2,3に固定して動かさず、前側水冷銅板10及び前側コイル30と、後側コイル40とを母材2,3に対して動かす。 In the first example of the third embodiment, the magnetic field application device 1 in the first embodiment is used. That is, the structure of the first example of the third embodiment is as shown in FIGS. 1(a), (b), FIGS. 2(a), (b), and FIG. 3. In this magnetic field application device 1, as described above, the rear water-cooled copper plate 20 is fixed to the base metals 2 and 3 and does not move, and the front water-cooled copper plate 10, the front coil 30, and the rear coil 40 are connected to the base metal 2, Move against 3.

図20は、第1の実施例における磁場印加装置1の構成を横から見た図である。図示するように、前側水冷銅板10及び前側コイル30と、後側コイル40とはそれぞれ、互いに独立した前側上下昇降機構50と、後側上下昇降機構60とに固定されている。具体的には、前側上下昇降機構50が、前側フレーム51により前側水冷銅板10及び前側コイル30を母材2,3に押え付けており、後側上下昇降機構60が、後側フレーム61により後側コイル40を後側水冷銅板20に押え付けている。これにより、前側上下昇降機構50が、前側水冷銅板10及び前側コイル30を溶接対象の母材2,3に沿って上下に昇降させ、後側上下昇降機構60が、後側コイル40を後側水冷銅板20に掘られた溝21に沿って上下に昇降させる。尚、図示するように、前側上下昇降機構50には、溶接ワイヤ5を送給する溶接トーチ90も設けられている。 FIG. 20 is a side view of the configuration of the magnetic field application device 1 in the first embodiment. As shown in the figure, the front water-cooled copper plate 10, the front coil 30, and the rear coil 40 are each fixed to a front up/down mechanism 50 and a rear up/down mechanism 60, which are independent from each other. Specifically, the front vertical lifting mechanism 50 holds the front water-cooled copper plate 10 and the front coil 30 against the base materials 2 and 3 by the front frame 51, and the rear vertical lifting mechanism 60 holds the front water-cooled copper plate 10 and the front coil 30 against the base materials 2 and 3 by the rear frame 61. The side coil 40 is pressed against the rear water-cooled copper plate 20. As a result, the front vertical lifting mechanism 50 vertically lifts the front water-cooled copper plate 10 and the front coil 30 along the base materials 2 and 3 to be welded, and the rear vertical lifting mechanism 60 moves the rear coil 40 to the rear side. The water-cooled copper plate 20 is moved up and down along a groove 21 cut therein. Note that, as shown in the figure, the front vertical lifting mechanism 50 is also provided with a welding torch 90 that feeds the welding wire 5.

図21(a),(b)及び図22(a),(b)は、前側コイル30及び後側コイル40の上下昇降の様子を示した図である。具体的には、図21(a),(b)は、前側コイル30及び後側コイル40が初期位置にある状態を示し、図21(a)はそれを前から見た図であり、図21(b)はそれを後側から見た図である。また、図22(a),(b)は、前側コイル30及び後側コイル40が溶接のために移動中である状態を示し、図22(a)はそれを前側から見た図であり、図22(b)はそれを後側から見た図である。 21(a), (b) and FIG. 22(a), (b) are diagrams showing how the front coil 30 and the rear coil 40 move up and down. Specifically, FIGS. 21(a) and 21(b) show a state in which the front coil 30 and the rear coil 40 are in the initial position, and FIG. 21(a) is a view from the front. 21(b) is a view of it from the rear side. Moreover, FIGS. 22(a) and 22(b) show a state in which the front coil 30 and the rear coil 40 are being moved for welding, and FIG. 22(a) is a view of the front coil 30 and the rear coil 40 as seen from the front side, FIG. 22(b) is a view of it from the rear side.

図21(a)及び図22(a)に示すように、母材3には架台70が固定されており、前側上下昇降機構50は、架台70に沿って移動用歯車52,53により上下に昇降する。また、前側上下昇降機構50は、前側コイル30の高さを検出する高さセンサ54を持つ。高さセンサ54は赤外線等を利用した非接触の距離計等が利用できる。基準面L1に反射板55を設け、高さセンサ54は反射板55との距離を測定するとよい。尚、基準面L1はどの高さに設けてもよいが、図では後側水冷銅板20の上端の高さに設けている。更に、前側上下昇降機構50には、高さセンサ54が検出した高さの情報を後側上下昇降機構60に伝達する制御を行う前側制御器56も設けられている。 As shown in FIGS. 21(a) and 22(a), a pedestal 70 is fixed to the base material 3, and the front vertical elevating mechanism 50 is moved up and down along the pedestal 70 by moving gears 52 and 53. Go up and down. Further, the front up/down mechanism 50 has a height sensor 54 that detects the height of the front coil 30. As the height sensor 54, a non-contact distance meter using infrared rays or the like can be used. It is preferable that a reflecting plate 55 is provided on the reference plane L1, and the height sensor 54 measures the distance to the reflecting plate 55. Note that the reference plane L1 may be provided at any height, but in the figure, it is provided at the height of the upper end of the rear water-cooled copper plate 20. Further, the front up/down mechanism 50 is also provided with a front controller 56 that controls transmitting height information detected by the height sensor 54 to the rear up/down mechanism 60.

図21(b)及び図22(b)に示すように、母材3には架台80も固定されており、後側上下昇降機構60は、架台80に沿って移動用歯車62,63により上下に昇降する。また、後側上下昇降機構60は、後側コイル40の高さを検出する高さセンサ64を持つ。高さセンサ64は赤外線等を利用した非接触の距離計等が利用できる。図21(a)及び図22(a)に示したのと同じ基準面L1に反射板65を設け、高さセンサ64は反射板65との距離を測定するとよい。更に、後側上下昇降機構60には、前側上下昇降機構50から高さの情報が伝達されると、この伝達された高さと高さセンサ64が検出した高さとが一致するように後側コイル40を上下昇降させる制御を行う後側制御器66も設けられている。 As shown in FIGS. 21(b) and 22(b), a pedestal 80 is also fixed to the base material 3, and the rear vertical elevating mechanism 60 is moved up and down by moving gears 62 and 63 along the pedestal 80. go up and down. Further, the rear vertical lifting mechanism 60 has a height sensor 64 that detects the height of the rear coil 40. As the height sensor 64, a non-contact distance meter using infrared rays or the like can be used. It is preferable that a reflector 65 is provided on the same reference plane L1 as shown in FIGS. 21(a) and 22(a), and the height sensor 64 measures the distance to the reflector 65. Furthermore, when height information is transmitted from the front vertical lifting mechanism 50 to the rear vertical lifting mechanism 60, the rear coil is adjusted so that the transmitted height matches the height detected by the height sensor 64. A rear controller 66 is also provided for controlling the vertical movement of 40.

まず、溶接開始前には、図21(a),(b)に示すように、基準面L1を基準とした前側上下昇降機構50及び後側上下昇降機構60の高さ(基準高さ)が一致するように、前側上下昇降機構50及び後側上下昇降機構60の位置を調整する。その結果、前側コイル30の高さと後側コイル40の高さとは一致する。この状態を初期状態とする。 First, before starting welding, as shown in FIGS. 21(a) and 21(b), the heights (reference heights) of the front vertical lifting mechanism 50 and the rear vertical lifting mechanism 60 are set with respect to the reference plane L1. Adjust the positions of the front up/down mechanism 50 and the rear up/down mechanism 60 so that they match. As a result, the height of the front coil 30 and the height of the rear coil 40 match. This state is set as the initial state.

次に、溶接を開始すると、前側上下昇降機構50は、図22(a)に示すように、溶接が進むにつれて上に移動し、基準面L1を基準とした高さA1は短くなっていく。前側制御器56は、前側上下昇降機構50の初期状態からの高さA1の情報を逐次後側制御器66に伝達する。これにより、後側上下昇降機構60では、図22(b)に示すように、高さセンサ64が、後側上下昇降機構60の基準面L1からの高さB1を測定する。そして、後側制御器66が、前側制御器56から伝達された高さA1と、高さセンサ64により測定された高さB1とが一致するように、後側上下昇降機構60の位置を制御する。 Next, when welding is started, the front vertical lifting mechanism 50 moves upward as the welding progresses, and the height A1 based on the reference plane L1 becomes shorter, as shown in FIG. 22(a). The front controller 56 sequentially transmits information about the height A1 of the front up/down mechanism 50 from the initial state to the rear controller 66. As a result, in the rear up/down mechanism 60, the height sensor 64 measures the height B1 of the rear up/down mechanism 60 from the reference plane L1, as shown in FIG. 22(b). Then, the rear controller 66 controls the position of the rear vertical lifting mechanism 60 so that the height A1 transmitted from the front controller 56 matches the height B1 measured by the height sensor 64. do.

尚、第1の実施例では、前側制御器56が高さA1の情報を後側制御器66に伝達し、後側制御器66が高さA1と高さB1とが一致するように後側上下昇降機構60の位置を制御するようにしたが、これには限らない。例えば、前側及び後側に共通の制御器を設け、前側制御器56及び後側制御器66がそれぞれ高さA1及び高さB1の情報をこの共通の制御器に伝達し、この共通の制御器が高さA1と高さB1とが一致するように、前側上下昇降機構50の位置を制御する信号を前側制御器56に送ったり、後側上下昇降機構60の位置を制御する信号を後側制御器66に送ったりしてもよい。 In the first embodiment, the front controller 56 transmits information on the height A1 to the rear controller 66, and the rear controller 66 adjusts the height A1 to the rear controller 66 so that the height A1 matches the height B1. Although the position of the vertical elevating mechanism 60 is controlled, the present invention is not limited to this. For example, a common controller is provided on the front side and the rear side, the front side controller 56 and the rear side controller 66 respectively transmit information on height A1 and height B1 to this common controller, and this common controller A signal to control the position of the front vertical lifting mechanism 50 is sent to the front controller 56, and a signal to control the position of the rear vertical lifting mechanism 60 is sent to the rear controller 56 so that height A1 and height B1 match. It may also be sent to the controller 66.

このように、第3の実施の形態の第1の実施例では、溶融スラグ6及び溶融池7の高さ方向に対して前側コイル30及び後側コイル40の位置を一致させるようにした。これにより、励磁による溶融スラグ6の暴れを抑制できるので、ビード形状を安定化させ、介在物等の混入を防ぐことが可能となった。 In this manner, in the first example of the third embodiment, the positions of the front coil 30 and the rear coil 40 are made to match with respect to the height direction of the molten slag 6 and the molten pool 7. This makes it possible to suppress the molten slag 6 from moving wildly due to excitation, thereby making it possible to stabilize the bead shape and prevent inclusions and the like from entering.

また、第3の実施の形態の第1の実施例では、後側水冷銅板20が母材2,3に固定されるようにした。これにより、後側からの溶融スラグ6の漏れを抑制できるので、ビード形状を安定化させることが可能となった。 Further, in the first example of the third embodiment, the rear water-cooled copper plate 20 is fixed to the base materials 2 and 3. This makes it possible to suppress leakage of molten slag 6 from the rear side, making it possible to stabilize the bead shape.

尚、上記では、前側水冷銅板10が母材2,3に沿って移動し、後側水冷銅板20が母材2,3に固定されている構成を採用したが、これには限らない。前側水冷銅板10が母材2,3に固定され、後側水冷銅板20が母材2,3に沿って移動する構成や、前側水冷銅板10及び後側水冷銅板20の両方が母材2,3に固定されている構成を採用してもよい。つまり、前側水冷銅板10及び後側水冷銅板20の少なくとも何れか一方が母材2,3に固定されている構成としてよい。 In addition, although the structure in which the front water-cooled copper plate 10 moves along the base materials 2 and 3 and the rear water-cooled copper plate 20 is fixed to the base materials 2 and 3 has been adopted in the above example, the present invention is not limited to this. The front water-cooled copper plate 10 is fixed to the base metals 2 and 3, and the rear water-cooled copper plate 20 moves along the base metals 2 and 3. A configuration fixed to 3 may also be adopted. In other words, a configuration may be adopted in which at least one of the front water-cooled copper plate 10 and the rear water-cooled copper plate 20 is fixed to the base materials 2 and 3.

第3の実施の形態の第2の実施例では、第1の実施の形態における磁場印加装置1の後側水冷銅板20を前側水冷銅板10と同タイプのものに置き換えた磁場印加装置1’を用いる。図23は、磁場印加装置1’の構造を示した図である。この磁場印加装置1’では、磁場印加装置1の前側水冷銅板10に対応する構成要素を前側水冷銅板10aとし、磁場印加装置1の後側水冷銅板20に対応する構成要素を後側水冷銅板10bとする。そして、この磁場印加装置1’は、前側コイル30の鉄芯31が前側水冷銅板10aの穴11aに嵌って一緒に移動するだけでなく、後側コイル40の鉄芯41も後側水冷銅板10bの穴11bに嵌って一緒に移動する機構となっている。 In a second example of the third embodiment, a magnetic field application device 1' is provided in which the rear water-cooled copper plate 20 of the magnetic field application device 1 in the first embodiment is replaced with the same type as the front water-cooled copper plate 10. use FIG. 23 is a diagram showing the structure of the magnetic field application device 1'. In this magnetic field application device 1', the component corresponding to the front water-cooled copper plate 10 of the magnetic field application device 1 is the front water-cooled copper plate 10a, and the component corresponding to the rear water-cooled copper plate 20 of the magnetic field application device 1 is the rear water-cooled copper plate 10b. shall be. In this magnetic field application device 1', not only the iron core 31 of the front coil 30 fits into the hole 11a of the front water-cooled copper plate 10a and moves together, but also the iron core 41 of the rear coil 40 also fits into the hole 11a of the front water-cooled copper plate 10b. It is a mechanism that fits into the hole 11b and moves together.

図24は、第2の実施例における磁場印加装置1’の構成を横から見た図である。図示するように、前側水冷銅板10aと、後側水冷銅板10bとはそれぞれ、互いに独立した前側上下昇降機構50aと、後側上下昇降機構50bとに固定されている。具体的には、前側上下昇降機構50aが、前側フレーム51aにより前側水冷銅板10aを母材2,3に押え付けており、後側上下昇降機構50bが後側フレーム51bにより後側水冷銅板10bを母材2,3に押え付けている。これにより、前側上下昇降機構50a及び後側上下昇降機構50bが、前側水冷銅板10a及び後側水冷銅板10bを溶接対象の母材2,3に沿って上下に昇降させる。尚、図示するように、前側上下昇降機構50aには、溶接ワイヤ5を送給する溶接トーチ90も設けられている。 FIG. 24 is a side view of the configuration of the magnetic field application device 1' in the second embodiment. As shown in the figure, the front water-cooled copper plate 10a and the rear water-cooled copper plate 10b are each fixed to a mutually independent front vertical lifting mechanism 50a and rear vertical lifting mechanism 50b. Specifically, the front up/down mechanism 50a presses the front water-cooled copper plate 10a against the base materials 2, 3 with the front frame 51a, and the rear up/down mechanism 50b holds the back water-cooled copper plate 10b with the back frame 51b. It is pressed against base materials 2 and 3. As a result, the front up/down mechanism 50a and the rear up/down mechanism 50b move the front water-cooled copper plate 10a and the rear water-cooled copper plate 10b up and down along the base materials 2 and 3 to be welded. Note that, as shown in the figure, a welding torch 90 for feeding the welding wire 5 is also provided in the front vertical lifting mechanism 50a.

図25(a),(b)及び図26(a),(b)は、前側水冷銅板10a及び後側水冷銅板10bの上下昇降の様子を示した図である。具体的には、図25(a),(b)は、前側水冷銅板10a及び後側水冷銅板10bが初期位置にある状態を示し、図25(a)はそれを前側から見た図であり、図25(b)はそれを後側から見た図である。また、図26(a),(b)は、前側水冷銅板10a及び後側水冷銅板10bが溶接のために移動中である状態を示し、図26(a)はそれを前側から見た図であり、図26(b)はそれを後側から見た図である。 25(a), (b) and FIG. 26(a), (b) are diagrams showing how the front water-cooled copper plate 10a and the rear water-cooled copper plate 10b move up and down. Specifically, FIGS. 25(a) and 25(b) show a state in which the front water-cooled copper plate 10a and the rear water-cooled copper plate 10b are in the initial position, and FIG. 25(a) is a view of this from the front side. , FIG. 25(b) is a view of it from the rear side. Moreover, FIGS. 26(a) and 26(b) show a state in which the front water-cooled copper plate 10a and the rear water-cooled copper plate 10b are being moved for welding, and FIG. 26(a) is a view of this from the front side. 26(b) is a view of it from the rear side.

図25(a)及び図26(a)に示すように、母材3には架台70が固定されており、前側上下昇降機構50aは、架台70に沿って移動用歯車52a,53aにより上下に昇降する。また、前側上下昇降機構50aは、前側水冷銅板10a及び前側コイル30の高さを検出する高さセンサ54aを持つ。高さセンサ54aは赤外線等を利用した非接触の距離計等が利用できる。基準面L2に反射板55aを設け、高さセンサ54aは反射板55aとの距離を測定するとよい。尚、基準面L2はどの高さに設けてもよいが、図では溶接開始位置の高さに設けている。更に、前側上下昇降機構50aには、高さセンサ54aが検出した高さの情報を後側上下昇降機構50bに伝達する制御を行う前側制御器56aも設けられている。 As shown in FIGS. 25(a) and 26(a), a pedestal 70 is fixed to the base material 3, and the front vertical lifting mechanism 50a is moved up and down along the pedestal 70 by moving gears 52a and 53a. Go up and down. Further, the front up/down mechanism 50a has a height sensor 54a that detects the height of the front water-cooled copper plate 10a and the front coil 30. As the height sensor 54a, a non-contact distance meter using infrared rays or the like can be used. It is preferable that a reflecting plate 55a is provided on the reference plane L2, and the height sensor 54a measures the distance to the reflecting plate 55a. Note that the reference plane L2 may be provided at any height, but in the figure, it is provided at the height of the welding start position. Furthermore, the front up/down mechanism 50a is also provided with a front controller 56a that controls transmitting height information detected by the height sensor 54a to the rear up/down mechanism 50b.

図25(b)及び図26(b)に示すように、母材3には架台80も固定されており、後側上下昇降機構50bは、架台80に沿って移動用歯車52b,53bにより上下に昇降する。また、後側上下昇降機構50bは、後側水冷銅板10b及び後側コイル40の高さを検出する高さセンサ54bを持つ。高さセンサ54bは赤外線等を利用した非接触の距離計等が利用できる。図25(a)及び図26(a)に示したのと同じ基準面L2に反射板55bを設け、高さセンサ54bは反射板55bとの距離を測定するとよい。更に、後側上下昇降機構50bには、前側上下昇降機構50aから高さの情報が伝達されると、この伝達された高さと高さセンサ54bが検出した高さとが一致するように後側水冷銅板10bを上下昇降させる制御を行う後側制御器56bも設けられている。 As shown in FIGS. 25(b) and 26(b), a pedestal 80 is also fixed to the base material 3, and the rear vertical lifting mechanism 50b is moved up and down along the pedestal 80 by moving gears 52b and 53b. go up and down. Further, the rear vertical lifting mechanism 50b has a height sensor 54b that detects the height of the rear water-cooled copper plate 10b and the rear coil 40. As the height sensor 54b, a non-contact distance meter using infrared rays or the like can be used. It is preferable that a reflecting plate 55b is provided on the same reference plane L2 as shown in FIGS. 25(a) and 26(a), and the height sensor 54b measures the distance to the reflecting plate 55b. Further, when height information is transmitted from the front vertical lifting mechanism 50a to the rear vertical lifting mechanism 50b, the rear water cooling mechanism is set so that the transmitted height matches the height detected by the height sensor 54b. A rear controller 56b is also provided for controlling the vertical movement of the copper plate 10b.

まず、溶接開始前には、図25(a),(b)に示すように、基準面L2を基準とした前側水冷銅板10a及び前側コイル30の高さと、基準面L2を基準とした後側水冷銅板10b及び後側コイル40の高さとを一致させる。この状態を初期状態とする。 First, before starting welding, as shown in FIGS. 25(a) and 25(b), the height of the front water-cooled copper plate 10a and the front coil 30 with respect to the reference plane L2, and the height of the rear side with respect to the reference plane L2. The heights of the water-cooled copper plate 10b and the rear coil 40 are made to match. This state is set as the initial state.

次に、溶接を開始すると、前側上下昇降機構50aは、図26(a)に示すように、溶接が進むにつれて上に移動し、基準面L2を基準とした高さA2は長くなっていく。前側制御器56aは、前側水冷銅板10aの初期状態からの高さA2の情報を逐次後側制御器56bに伝達する。これにより、後側上下昇降機構50bでは、図26(b)に示すように、高さセンサ54bが、後側水冷銅板10bの基準面L2からの高さB2を測定する。そして、後側制御器56bが、前側制御器56aから伝達された高さA2と、高さセンサ54bにより測定された高さB2とが一致するように、後側水冷銅板10bの位置を制御する。 Next, when welding is started, the front vertical lifting mechanism 50a moves upward as the welding progresses, and the height A2 relative to the reference plane L2 becomes longer, as shown in FIG. 26(a). The front controller 56a sequentially transmits information about the height A2 of the front water-cooled copper plate 10a from the initial state to the rear controller 56b. As a result, in the rear up-down mechanism 50b, the height sensor 54b measures the height B2 of the rear water-cooled copper plate 10b from the reference plane L2, as shown in FIG. 26(b). Then, the rear controller 56b controls the position of the rear water-cooled copper plate 10b so that the height A2 transmitted from the front controller 56a matches the height B2 measured by the height sensor 54b. .

尚、第2の実施例では、前側制御器56aが高さA2の情報を後側制御器56bに伝達し、後側制御器56bが高さA2と高さB2とが一致するように後側水冷銅板10bの位置を制御するようにしたが、これには限らない。例えば、前側及び後側に共通の制御器を設け、前側制御器56a及び後側制御器56bがそれぞれ高さA2及び高さB2の情報をこの共通の制御器に伝達し、この共通の制御器が高さA2と高さB2とが一致するように、前側水冷銅板10aの位置を制御する信号を前側制御器56aに送ったり、後側水冷銅板10bの位置を制御する信号を後側制御器56bに送ったりしてもよい。 In the second embodiment, the front controller 56a transmits information on the height A2 to the rear controller 56b, and the rear controller 56b adjusts the height A2 to the rear controller 56b so that the height A2 and the height B2 match. Although the position of the water-cooled copper plate 10b is controlled, the present invention is not limited to this. For example, a common controller is provided on the front side and the rear side, the front side controller 56a and the rear side controller 56b respectively transmit information on height A2 and height B2 to this common controller, and this common controller A signal to control the position of the front water-cooled copper plate 10a is sent to the front controller 56a, and a signal to control the position of the rear water-cooled copper plate 10b is sent to the rear controller 56a so that height A2 and height B2 match. 56b.

このように、第3の実施の形態の第2の実施例では、溶融スラグ6及び溶融池7の高さ方向に対して前側コイル30及び後側コイル40の位置を一致させるようにした。これにより、励磁による溶融スラグ6の暴れを抑制できるので、ビード形状を安定化させ、介在物等の混入を防ぐことが可能となった。 In this way, in the second example of the third embodiment, the positions of the front coil 30 and the rear coil 40 are made to match with respect to the height direction of the molten slag 6 and the molten pool 7. This makes it possible to suppress the molten slag 6 from moving wildly due to excitation, thereby making it possible to stabilize the bead shape and prevent the inclusion of inclusions and the like.

1,1’…磁場印加装置、2、3…母材、4…開先部、5…溶接ワイヤ、6…溶融スラグ、7…溶融池、8…界面、9…溶接部、10,10a…前側水冷銅板、11…穴、20,10b…後側水冷銅板、21…溝、30…前側コイル、31,41…鉄芯、40…後側コイル、50,50a…前側上下昇降機構、60,50b…後側上下昇降機構、54,64,54a,54b…高さセンサ、55,65,55a,55b…反射板、56,56a…前側制御器、66,56b…後側制御器、90…溶接トーチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1'... Magnetic field application device, 2, 3... Base metal, 4... Groove part, 5... Welding wire, 6... Molten slag, 7... Molten pool, 8... Interface, 9... Welding part, 10, 10a... Front water-cooled copper plate, 11... hole, 20, 10b... rear water-cooled copper plate, 21... groove, 30... front coil, 31, 41... iron core, 40... rear coil, 50, 50a... front vertical lifting mechanism, 60, 50b... Rear vertical lifting mechanism, 54, 64, 54a, 54b... Height sensor, 55, 65, 55a, 55b... Reflector, 56, 56a... Front controller, 66, 56b... Rear controller, 90... welding torch

Claims (8)

母材の開先部内の溶融池に当該開先部の表側及び裏側から磁場を印加しながら当該母材のエレクトロスラグ溶接を行い、
前記表側及び裏側から印加される前記磁場の向きが逆であることを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
Electroslag welding of the base metal is performed while applying a magnetic field to the molten pool in the groove of the base metal from the front and back sides of the groove,
An electroslag welding method characterized in that the directions of the magnetic fields applied from the front side and the back side are opposite.
母材の開先部内の溶融池に当該開先部の表側及び裏側から磁場を印加しながら当該母材のエレクトロスラグ溶接を行い、
溶接トーチを、前記開先部の中の表側の位置と裏側の位置との間で往復動させつつ溶接し、
前記溶接トーチの往復動の中で、当該溶接トーチが、前記開先部の表側から前記磁場を印加する表側の磁場印加コイルの鉄芯に接近したときに、当該表側の磁場印加コイルの電流値を減少させ、当該開先部の裏側から当該磁場を印加する裏側の磁場印加コイルの電流値を増大させ、
前記溶接トーチの往復動の中で、当該溶接トーチが、前記裏側の磁場印加コイルの鉄芯に接近したときに、当該裏側の磁場印加コイルの電流値を減少させ、前記表側の磁場印加コイルの電流値を増大させることを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
Electroslag welding of the base metal is performed while applying a magnetic field to the molten pool in the groove of the base metal from the front and back sides of the groove,
Welding while reciprocating a welding torch between a front side position and a back side position in the groove,
During the reciprocation of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the front magnetic field application coil that applies the magnetic field from the front side of the groove, the current value of the front magnetic field application coil and increase the current value of a magnetic field applying coil on the back side that applies the magnetic field from the back side of the groove,
During the reciprocating motion of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the magnetic field application coil on the back side, the current value of the magnetic field application coil on the back side is decreased, and the current value of the magnetic field application coil on the front side is decreased. An electroslag welding method characterized by increasing the current value.
前記溶接トーチが前記表側の磁場印加コイルの鉄芯に最も近付いたときに、当該表側の磁場印加コイルの電流値を最小とし、前記裏側の磁場印加コイルの電流値を最大とし、
前記溶接トーチが前記裏側の磁場印加コイルの鉄芯に最も近付いたときに、当該裏側の磁場印加コイルの電流値を最小とし、前記表側の磁場印加コイルの電流値を最大とすることを特徴とする請求項2に記載のエレクトロスラグ溶接方法。
When the welding torch approaches the iron core of the magnetic field application coil on the front side, the current value of the magnetic field application coil on the front side is set to the minimum, and the current value of the magnetic field application coil on the back side is set to the maximum,
When the welding torch approaches the iron core of the magnetic field application coil on the back side, the current value of the magnetic field application coil on the back side is minimized, and the current value of the magnetic field application coil on the front side is maximized. The electroslag welding method according to claim 2 .
前記表側の磁場印加コイル及び前記裏側の磁場印加コイルに流す電流の向きを、前記溶接トーチの往復動の周期ごとに反転させることを特徴とする請求項2に記載のエレクトロスラグ溶接方法。 3. The electroslag welding method according to claim 2, wherein the direction of the current flowing through the magnetic field applying coil on the front side and the magnetic field applying coil on the back side is reversed every cycle of reciprocating motion of the welding torch. 母材の開先部内の溶融池に当該開先部の表側及び裏側から磁場を印加しながら当該母材のエレクトロスラグ溶接を行い、
前記表側及び裏側は、前記開先部の表面及び裏面に配置された冷却用銅板の前記母材とは反対側であり、
前記開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板の少なくとも何れか一方は、前記母材に対して固定されており、
前記表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、前記裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の当該基準面からの高さとが一致するように、当該表側の電磁石及び当該裏側の電磁石を移動しながら溶接することを特徴とするエレクトロスラグ溶接方法。
Electroslag welding of the base metal is performed while applying a magnetic field to the molten pool in the groove of the base metal from the front and back sides of the groove,
The front side and the back side are sides opposite to the base material of the cooling copper plate arranged on the front and back sides of the groove,
At least one of the front side cooling copper plate arranged on the surface of the groove portion and the back side cooling copper plate arranged on the back side is fixed to the base material,
The height of the central axis of the front electromagnet arranged on the front cooling copper plate from the reference plane is made to match the height of the central axis of the back electromagnet arranged on the back cooling copper plate from the reference plane. An electroslag welding method characterized in that the electromagnet on the front side and the electromagnet on the back side are welded while moving.
前記表側冷却用銅板及び前記裏側冷却用銅板の一方は、前記開先部が延びる方向に移動可能であることを特徴とする請求項5に記載のエレクトロスラグ溶接方法。 6. The electroslag welding method according to claim 5 , wherein one of the front side cooling copper plate and the back side cooling copper plate is movable in a direction in which the groove portion extends. 母材の開先部の表面及び裏面に配置された冷却用銅板の当該母材とは反対側に、当該開先部内の溶融池に磁場を印加するための電磁石を配置し、
前記開先部の中の表側の位置と裏側の位置との間で往復動させつつ溶接する溶接トーチを更に配置し、
前記溶接トーチの往復動の中で、当該溶接トーチが、前記開先部の表側から前記磁場を印加する表側の電磁石の鉄芯に接近したときに、当該表側の電磁石の電流値を減少させ、当該開先部の裏側から当該磁場を印加する裏側の電磁石の電流値を増大させ、
前記溶接トーチの往復動の中で、当該溶接トーチが、前記裏側の電磁石の鉄芯に接近したときに、当該裏側の電磁石の電流値を減少させ、前記表側の電磁石の電流値を増大させることを特徴とするエレクトロスラグ溶接における磁場印加装置。
Electromagnets for applying a magnetic field to the molten pool in the groove are placed on the side opposite to the base material of the cooling copper plate placed on the front and back sides of the groove of the base metal,
further arranging a welding torch that performs welding while reciprocating between a front side position and a back side position in the groove,
During the reciprocation of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the front electromagnet that applies the magnetic field from the front side of the groove, the current value of the front electromagnet is decreased; Increasing the current value of the electromagnet on the back side that applies the magnetic field from the back side of the groove,
During the reciprocation of the welding torch, when the welding torch approaches the iron core of the electromagnet on the back side, the current value of the electromagnet on the back side is decreased and the current value of the electromagnet on the front side is increased. A magnetic field application device for electroslag welding characterized by :
母材の開先部の表面及び裏面に配置された冷却用銅板の当該母材とは反対側に、当該開先部内の溶融池に磁場を印加するための電磁石を配置し、
前記開先部の表面に配置された表側冷却用銅板及び裏面に配置された裏側冷却用銅板の少なくとも何れか一方は、前記母材に対して固定されており、
前記表側冷却用銅板に配置された表側の電磁石の中心軸の基準面からの高さと、前記裏側冷却用銅板に配置された裏側の電磁石の中心軸の当該基準面からの高さとが一致するように、当該表側の電磁石及び当該裏側の電磁石が移動可能に構成されていることを特徴とするエレクトロスラグ溶接における磁場印加装置。
Electromagnets for applying a magnetic field to the molten pool in the groove are placed on the side opposite to the base material of the cooling copper plate placed on the front and back sides of the groove of the base metal,
At least one of the front side cooling copper plate arranged on the surface of the groove portion and the back side cooling copper plate arranged on the back side is fixed to the base material,
The height of the central axis of the front electromagnet arranged on the front cooling copper plate from the reference plane is made to match the height of the central axis of the back electromagnet arranged on the back cooling copper plate from the reference plane. A magnetic field application device for electroslag welding , characterized in that the electromagnet on the front side and the electromagnet on the back side are configured to be movable.
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