JPH01278968A - プラズマキーホール溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマキーホール溶接方法の改良に係り、特
に配管の結合などに好適なプラズマキーホール溶接方法
に関する。

〔従来の技術〕

従来一般に採用されているこの種溶接方法は、たとえば
第１０図に示すように行なわれているのが普通である。

すなわちこの図は配管のプラズマキーホール溶接の溶接
部拡大断面を示す図で、溶接に際しては配管（母材）１
．２の端面を突合せ、然る後、母材端面合せ部の上面（
配管外側）よりプラズマアーク３を照射する。この場合
、アークは、タングステン電ｆＩ　４と配管１，２の間
に電圧をかけ、ガスをプラズマ化して高熱集中形のアー
クとなるように形成されている。又プラズマガスアーク
３の周囲、すなわちチップ５と電極４の間にはプラズマ
ガス６が流れ、更にチップ５とノズル７の間にはシール
ドガス８が流れて、プラズマガスアーク３は周囲からシ
ールドされている。

更に、配管の内径側にはバンクシールドガス９が供給さ
れていて、溶融金属中への空気の巻込み、表面酸化が防
止されるようになっている。この様にして突合せ部プラ
ズマアークを照射すると、熱は管の長手方向および管の
内径側へと伝わってゆき、第１１図に示すように溶け、
やがてはプラズマガスアークの流れで穴を生ずる。即ち
キーホールＫＨが出来る。

この状態でトーチ又は母材側を突合せ部に沿って移動す
ると、キーホールＫＨもこれにつれて移動し、順次冷却
してこのキーホール、すなわち穴が閉じビード１２が形
成される。

尚この種溶接方法として関連するものには、たとえば特
開昭６２−６１７７７号公報が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようにしてなされるプラズマアーク溶接方法は、他
のアーク溶接方法に比べ、アークのエネルギ密度が高く
、かつアーク長が大きいので、高入熱の能率的なアーク
溶接を行うことができるという特徴を有している。

しかしながらその反面、このプラズマアーク溶接方法は
、溶接条件の安定域が、一般の溶接、たとえばＴ工Ｇ溶
接やＭＩＧ溶接に比べ狭く、作業性が悪い嫌いがあり、
又安定域が狭いことから信頼性にも欠ける嫌いがあった
。

本発明はこれにかんがみなされたもので、その目的とす
るところは、溶接条件の安定域が広く。

作業性が良好で信頼性の高いこの種プラズマアーク溶接
方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、２つの配管の端面同志をプラズマア
ーク溶接するに際し、配管の突合せ端面に、配管の肉厚
とほぼ等しい肉厚を有し、かつ配管の肉厚寸法より小さ
く長さ寸法を有するプラズマアークにて溶ける金属環を
介在せしめ、この金属環及び配管端面部を一緒に溶し乍
ら配管の全周を順次溶接するようになし所期の目的を達
成するようにしたものである。

［作用〕 この方法であると、溶接トーチの移動とともに配管に比
較し体積の小さい金属環の一部が先に溶けて高熱状態と
なるため、プラズマアークはこの部分に集中、すなわち
アークは金属溶融部に集中する特性があることから、そ
の集中度合は増し、たとえトーチと溶接部間の距離の変
化あるいは芯ずれが生じても、充分にアークは溶接部に
集まり、したがって作業容易にして良好な溶接部を得る
ことができるのである。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の方法により配管を溶接している状態を
示すその一部破断斜視図である。この溶接をするに際し
、まず第２図に示すように、溶接しようとする配管１，
２の端面１ａ、２ａを合せるとともに、この両端面の間
に溶融金属環（以下インサートリングと云う）１５を挿
入する。このインサートリングは、管の内径面とリング
の内径面を合せてやることが肝要で、インサートリング
の厚さは管の肉厚にもよるが、一般的には配管の厚みよ
り小さい０．５〜１．５ｎｕｎ位のものが実験の結果で
は作業性が良好のようである。

この様にして両配管端面の間にインサートリング１５を
挿入した後管１，２を互いに押付け、インサートリング
と管とを接触、すなわち両者間のギャップを極力少なく
したのち、第３図に示す様に管の外径側でインサート挿
入部を中心としてトーチ１０をセットし、プラズマアー
クにより外径側より配管及びインサートリングを加熱し
てやる。

この場合インサートリングと管１，２との間は熱抵抗が
大きく、かつインサー１〜リングは配管に比し体積が小
さいことから、熱容量が小さいため。

管より早く溶融する。このときアークは金属溶融部に集
中する特性があることから、その集中度合は増し、それ
と同時に両側の管端部をも徐々に加熱して、ついには全
面が溶融して、貫通穴、すなわちキーホールを生ずる。

この状態でトーチ１０を移動するか又は配管１，２を移
動すると、溶融貫通穴（キーホールＫＨ）もこれにつれ
て移動する。この場合、−度溶融した部分は、アークを
移動するに従い熱入力が少なくなり、冷却するが、溶融
金属の表面張力で穴を閉鎖しようとする力が働き、ビー
ドを生ずる。

この様にして溶接を続行すると第１図に示す如く、連続
ビード１２が得られる。

このように本発明によれば、体積の小さいインサートリ
ング１５の一部が先に溶け、高熱状態となるため、アー
クはこの部分に集中し、非常にアークの安定性が良くな
り、たとえトーチと溶接部間の距離に変化が生じても良
好な溶接部を得ることができ、したがって溶接作業は非
常に容易となる。実験の結果ではこのアークギャップＧ
の許される範囲は、従来の方法では最大４ｍｍであった
が。

本発明では２倍の８ｍｍまで可能であった。またさらに
第４図に示すようにアーク中心と溶接部との芯ずれ（配
管の長手方向ずれ、目外れ）０も従来の方法では０．５
ｍｍ以下であったものが本発明の方法であると±１．５
ｍｍまで可能となり約３倍となる。即ち、作業条件の裕
度が２〜３倍に拡大され、著しく作業可能範囲が増大す
るということである。また、更に本発明の方法であると
、裏側ビードの点でも良好な結果が得られる。すなわち
溶接部の裏側ビード（裏波ビード）はインサートリング
なしのものに比べ、管の内側とほぼ水平になり、いわゆ
るアンダーカットの少ない良好なビードが得られるので
ある。

尚以上の説明では、配管端部間に介在されるインサート
リングが、配管の内外径と同一の内外径を有するものの
場合について説明してきたが、このインサートリングの
径は常に配管の径に合わせなければならないわけではな
く、たとえば第５図のように形成してもよい。

すなわちこの場合は管の外径よりもインサートリングの
外径をｈだけ（約０．５〜３ｍｍ位）突出する様にした
ものである。このように形成されたインサートリングで
あると、前述したインサートリングの場合に比べ、溶接
当初よりインサートリングは溶は易くアークの安定性が
増大し、アークギャップＧ、アーク口外れ量誌も更に大
きく許容出来る様になる。即ち作業裕度が一段と向上す
る利点を持っている。

また、この場合のビード断面形状は第６図に示す如く、
管の外径面側で大きくなり、すなわちビードの巾が大き
くなって溶接部の信頼性も増す特徴をもっている。

第７図にはさらに他の実施例が示されている。

この場合にはインサートリングの外径側の一部に管の受
部（突縁部）１６が設けられている。このように形成さ
れたインサートリングであると、前述した効果を達成す
ることは勿論、さらに管と管を突合せインサートリング
を所定位置に取付する段取り作業が非常に簡単になる、
即ち狭隘な現地作業でも容易に段取り作業する事が可能
となり、合せて、溶接作業条件裕度も広く出来る。

第８図にはさらに他の実施例が示されている。

この場合にはインサートリング１５の内径側の一部に溶
融点がインサートリング母材よりも低く、かつ溶融して
蒸発ガスの発生し易い金属１７を複合化させている。

このようにすると、管の外径側からプラズマア−りを照
射するとインサートリング１５と母材端部１，２が一緒
に溶けるが、この際、インサートリングの下部に複合化
した金属１７も同時に溶けて蒸発ガスを配管内に多く発
生し、管内のキーホール溶接部をシールドする。従って
バックシールドガスは不要となる。この様にして油接さ
れたビードは、特に配管内にバックシールドガスを供給
しなくても裏波ビードは酸化せず、ビード中への酸化物
の混入もなく、したがってブローホール欠陥等の発生し
ない高品質の？８接部が得られる。

尚この溶融温度が低く、かつ蒸発ガスの発生し易い金属
としては下記のものがあげられる。

（１）亜鉛、（２）スズ、（３）マンガン、（４）アン
チモン、（５）ビスマス、（６）カドミウム、（７）鉛
。

（８）　（１）〜（７）の金属の合金。

第９図に示すものはさらに他の実施例で、インサートリ
ング１５の母材の材質に下記に示す様な脱酸効果を持た
せる様にした成分１８を配合する様にしたものである。

このインサートリングに、インサートリングの母材成分
として脱酸効果を有する。（１）シリコン、（２）マン
ガン、（３）リンナイオウ等の成分をｉａ量に選択して
やれば、良好な脱酸効果を発揮し、管の内径側にバック
シールドガスを供給しなくとも、ビード中に巻込まれた
不純物、ガスブローホール等の脱酸除外し、溶着部に欠
陥の少ない美麗なビードが得られる。

尚一般のガス管の溶接の場合には、脱酸効果を有するイ
ンサートリング母材の成分としては下記のものがあげら
れる。

（１）シリコン　　：０．１０％〜１．００％（２）マ
ンガン　　：０．３０％〜２．００％（３）リン、イオ
ウ：０．０４％以下 （４）カーボン　　：０．３３％以下 （５）鉄　　　　：残 〔発明の効果〕 以上種々説明してきたように、本発明は２つの配管の端
面同志を溶接するに際し、配管の突合せ端面に、配管の
肉厚とほぼ等しい肉厚を有し、かつ配管の肉厚寸法より
小さい長さ寸法を有するプラズマアークにて溶ける金属
環を介在せしめ、この金属環及び配管端面部を一緒に溶
し乍ら配管の全周を順次溶接するようになしたから、溶
接トーチの移動とともに配管に比較し体積の小さい金属
環の一部が先に溶けて高熱状態となるため、プラズマア
ークはこの部分に集中し、たとえトーチと溶接部間の距
離の変化あるいは芯ずれが生じても、充分にアークは溶
接部に集まり、したがって溶接条件の安定域が広く１作
業性が良好で信頼性の高いこの種プラズマアーク溶接方
法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接方法を説明するための、その溶接
状態を示す一部破断斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線
に沿う断面図、第３図及び第４図は第２図と同一部分を
示し、溶接トーチを当てかった状態を示す断面図、第５
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第６図は第５図
と同一部分を示し、その溶解状態を示す断面図、第７図
〜第９図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図、第
１０図は従来の溶接方法を説明するための、その溶接状
態を示す断面図、第１１図は同じくその斜視図である。 １．２・・・配管、１０・・・溶接トーチ、１５・・・
金属環第１図 集２図 階４−図 半６図 ＩＳ−一但属濃（インす−トリンフノ 半１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接結合すべき２つの配管の端面同志に突合せ、該
   突合せ部にプラズマアークを照射し、両配管端面に溶し
   乍ら配管の全周を順次溶接するようになしたプラズマキ
   ーホール溶接方法において、前記２つの配管の端面同志
   を溶接するに際し、配管の突合せ端面に、配管の肉厚と
   ほぼ等しい肉厚を有し、かつ配管の肉厚寸法より小さい
   長さ寸法を有するプラズマアークにて溶ける金属環を介
   在せしめ、該金属環及び配管端面部を一緒に溶し乍ら配
   管の全周を順次溶接するようにしたことを特徴とするプ
   ラズマキーホール溶接方法。 ２、溶接結合すべき２つの配管の端面同志に突き合せ、
   該突き合せ部にプラズマアークを照射し、両配管端面を
   溶し乍ら配管の全周を順次溶接するようになしたプラズ
   マキーホール溶接方法において、前記２つの配管の端面
   同志を溶接するに際し、配管の突合せ端面に、配管の内
   径にほぼ等しい内径を有し、かつ配管の外径よりは多少
   大きな外径を有する金属環を介在せしめ、該金属環及び
   配管端面部を一緒に溶し乍ら配管の全周を順次溶接する
   ようにしたことを特徴とするプラズマキーホール溶接方
   法。 ３、前記金属環の内周面に、該金属環の母材より溶融点
   が低く、かつ蒸発ガスの発生し易いガス発生部材を配置
   せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   プラズマキーホール溶接方法。 ４、前記金属環の側壁に、配管端面の外周部が掛止する
   突縁部を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のプラズマキーホール溶接方法。 ５、前記金属環内に、所定量の脱酸効果を有する成分を
   混入せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のプラズマキーホール溶接方法。