JPH07290242A - 立向下進狭開先溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属に邪魔されずに安定かつ十分な溶込
みが得られるとともにビード表面の垂れ落ちを防止する
ことができ、またガスシールド効果も向上し溶接欠陥の
ない良好な溶接継手を得ることができる立向下進狭開先
溶接方法を提供する。 【構成】 狭開先１７を立向下進でガスシールドアーク
溶接するにあたり、チップ４先端で屈曲されたワイヤ６
を立向下進溶接方向１９と反対方向円弧状かつ左右対称
なオシレート軌跡２０に沿い反復オシレートさせるとと
もに、オシレート速度を下向オシレート２０ａ時は速く
上向オシレート２０ｂ時は遅くして溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は狭開先を立向下進でガス
シールドアーク溶接する場合の立向下進狭開先溶接方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】狭開先ガスシールドアーク溶接方法は、
特に厚板構造物の溶接に対して溶接工数の低減と溶接継
手の高品質化が図れる等の理由から、多くの方法が開発
され実用化されており、下向姿勢を主体とした狭開先ガ
スシールドアーク溶接方法としては、ほぼＩ型開先の壁
面に対して満足な溶込みを得るために、ワイヤに予め曲
げぐせを与える方法，より合わせワイヤを用いる方法，
偏心したワイヤを同一方向に高速回転させる方法等があ
る。

【０００３】しかしながらこれらの方法を立向下進溶接
姿勢に適用しようとするときは、図４説明図に示すよう
に、溶接金属２９が重力の影響で垂れ落ち易く、狭開先
１７の融合不良を生じたりビード形成が損なわれるとい
った問題があり、ワイヤ６を揺動せずにストレートで施
工するか揺動してもわずかな値である。しかして従来の
ワイヤを揺動しない立向下進狭開先溶接方法には、図５
に示すような方法があり、同図（Ａ）に示すように溶接
トーチ２１を狭開先１７の片方の開先角部１８へ向け、
ワイヤ６を揺動せずにストレートで施工し溶接金属２９
を盛った後、同図（Ｂ）のように他方の開先角部１８側
を施工し、１層２パス溶接を行う。また図６は屈曲ワイ
ヤを用いる方法であり、ワイヤ屈曲成形歯車３２により
ワイヤ６に塑性変形を与え、アークを狭開先１７壁面及
び開先角部１８に指向させて溶接金属２９を盛り、１層
１パス溶接を行う。ところが、図５の方法では、板厚が
厚くなればなるほど開先壁面に対するワイヤ６の角度が
得にくくなるので、開先角部１８において融合不良が生
じ易いという欠点があり、また狭開先１７が深い厚板の
狭開先溶接ではアーク雰囲気を大気から完全にシールド
することが溶接品質上不可欠であるが、この方法ではシ
ールド不良により空気等が溶接金属２９内に混入しやす
くブローホール等の溶接欠陥を生じ易いという問題があ
る。そこで図６に示す方法では、指向性の施されたワイ
ヤ６の先端が融合不良の生じ易い開先角部１８を狙うよ
うにしているが、溶融金属が重力の影響で垂れ落ちてや
はり融合不良を生ずるため決定的な方法とはいえない。

【０００４】このように従来の何れの方法によっても開
先角部１８に融合不良が生ずるのは、溶融金属によるク
ッション作用いわゆるザブトンアークによりアークの入
熱のわずかしか母材溶融のために作用しないからであ
り、すなわち狭開先の奥壁を左右交互に繰返しながら溶
接する方法では、最も融合不良の発生し易い開先角部１
８においては垂れ落ちてきた溶融金属がアークの母材加
熱の障害となり、母材溶融に与えられる入熱が少なくな
って欠陥発生の割合が非常に高くなるからである。なお
このような融合不良は、この開先角部１８においてベー
ス電流より更に高い電流を供給した場合でも、又はこの
開先角部１８でワイヤ６を単に指向させるような方法で
あっても減少しない。なぜならば前者の場合には、ベー
ス電流より更に高電流とすると母材溶融のための入熱は
増加するかに思えるが、開先角部１８及び開先壁面の溶
融金属の量が増すことになり、アークそのものの熱量が
増しても開先角部１８の母材溶融に用いられる入熱は溶
融金属を介して供給されるため増加せず、高電流を使用
した効果は少ない。また後者の場合も同様に、開先奥壁
に対してほぼ水平に沿う揺動であり、開先壁面及び開先
角部１８に溶融金属が押しやられ、開先角部１８でワイ
ヤ６に指向性をたとえ与えたとしてもアークが直接母材
を溶融せず、溶融金属がクッションの役目をするために
融合不良防止の効果は少ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、溶融金属に邪魔されず
に安定かつ十分な溶込みが得られるとともにビード表面
の垂れ落ちを防止することができ、またガスシールド効
果も向上し溶接欠陥のない良好な溶接継手を得ることが
できる立向下進狭開先溶接方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、狭
開先を立向下進でガスシールドアーク溶接するにあた
り、チップ先端で屈曲されたワイヤを立向下進溶接の進
行方向と反対方向円弧状かつ左右対称に反復オシレート
させるとともに、オシレート速度を下方に向かう時は速
く上方に向かう時は遅くして溶接を行うことを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明立向下進狭開先溶接方法においては、立
向の狭開先内を溶接の進行方向と反対方向円弧状に反復
オシレートしながら溶接を行うため、開先角部における
溶融金属の障害としての働きは少なくなり融合不良は解
消される。すなわち溶融金属は表面張力と重力の作用を
受けるが、上弦側の円弧状オシレートにより開先壁面及
び開先角部に対して確実にアークを指向できるととも
に、溶融金属に邪魔されずにアークの熱を直接母材へ供
給でき、この部分の母材への入熱が増加する結果安定か
つ十分な溶込みが得られる。また狭開先内を横断する移
動距離が振子状の水平オシレートに比べ円弧状オシレー
トの場合長くなるため、狭開先内で１プールとなりにく
く余分な溶融金属量が少なくなる結果、溶融金属量が多
い場合に生じ易い垂れ落ちが少なくかつ表面が美麗な外
観の溶接ビードが得られる。

【０００８】

【実施例】本発明立向下進狭開先溶接方法の一実施例を
図面について説明すると、図１は本溶接方法のオシレー
ト軌跡を示す説明図、図２は本溶接方法のオシレート要
領を示す説明図、図３は本溶接方法に適用される溶接ト
ーチの斜視図である。まず本溶接方法に適用される溶接
トーチを図３について説明すると、溶接トーチ本体１の
先端に設けられた偏平型のシールドノズル２の内部にチ
ップ回動軸３が縦設され、同軸３の先端にチップ４が螺
着されるとともに、同チップ４には軸芯方向に対し５〜
２０°屈曲したワイヤ導出孔５が穿設され、その先端か
らワイヤ６が導出されている。またチップ回動軸３の基
端は溶接トーチ本体１を貫通して同本体基部に配設され
た歯車対７，８を介して、オシレートの位置検出及び回
動速度制御が可能なステッピングモーター９に連結され
ている。更にシールドノズル２内に複数のシールドガス
供給管１０が配設されてシールドガス入口１１に接続さ
れるとともに、複数の給水管１２，排水管１３が配設さ
れて冷却水入口１４，冷却水出口１５に接続されてお
り、なおシールドノズル２の基端には二重シールドボッ
クス１６が外嵌されるようになっている。

【０００９】このような溶接トーチを用いて立向下進狭
開先溶接を行う溶接方法の実施要領を図１及び図２につ
いて説明すると、図２において、狭開先１７内にシール
ドノズル２の広幅方向を竪にして挿入し、チップ４先端
から屈曲して突出したワイヤ６と狭開先１７との間にア
ークを発生させるとともに、シールドノズル２からシー
ルドガスを噴出させて立向下進溶接方向にシールドノズ
ル２を移動させながら溶接を行う。このとき図３に示し
たステッピングモーター９の回転により歯車対７，８を
介してチップ回動軸３を回動させ、チップ４から突出し
たワイヤ６先端を反復オシレートさせる。しかしてこの
反復オシレートは、図１に示すオシレート軌跡２０のよ
うに立向下進溶接方向１９と反対方向円弧状に左右対称
に行い、開先角部１８で折返しを繰返し立向下進溶接方
向１９に沿い下進して行く。

【００１０】このオシレート軌跡２０によるオシレート
作動により、ワイヤ６先端は図２に示すように６ａの位
置に変化し、チップ４の回動角度が１８０°のとき最大
振幅となり、これよりも回動角度が小さくなるとワイヤ
６の振幅と比例して小さくなる。このようにしてチップ
４の軸芯方向に対し５〜２０°屈曲したワイヤ導出孔５
から導出されたワイヤ６の先端は、チップ４の回動によ
り立向下進溶接方向１９と反対方向円弧状に左右対称に
反復オシレートすることにより、狭開先１７の開先角部
１８に対して確実にアークを指向できるようになる。し
かしてこのオシレート軌跡２０による円弧状オシレート
において、図１の実線で示す下方に向かう下向オシレー
ト２０ａの時はオシレート速度を速くし、点線で示す上
方に向かう上向オシレート２０ｂの時はオシレート速度
を遅くすることにより、狭開先１７の開先角部１８及び
壁面の溶込みを安定させるとともに、ビード表面の重力
の影響による垂れ落ちを防止できる。

【００１１】次に本溶接方法の具体例を挙げると、板厚
５０mmの低合金鋼の開先幅１６mmのＩ型狭開先に対し、
ワイヤ径１mm，ワイヤ導出孔径1.5 mm, ワイヤ導出孔角
度１５°として、シールドガスＡｒ８０％＋ＣＯ₂ ２０
％，溶接電流２００±５０Ａ，溶接電圧２０±５Ｖの溶
接条件で、オシレート速度は下進速度が４００±５０Ｄ
ＥＧ／sec ，上進速度が２５０±５０ＤＥＧ／sec ，オ
シレート端停止時間０〜0.5 sec で溶接を行い、開先壁
面方向と板厚方向にそれぞれ片側１mm前後の安定した溶
込みが得られ、溶接欠陥のない良好な溶接継手が得られ
た。

【００１２】かくしてこの立向下進狭開先溶接方法によ
れば、狭開先１７を立向下進溶接方向１９に沿い溶接す
るにあたり、円弧状オシレートを溶接方向１９と反対方
向に左右対称に反復オシレートさせることにより、また
円弧状でも下向オシレート２０ａ時はオシレート速度を
速く、上向オシレート２０ｂ時はオシレート速度を遅く
することにより、溶融金属に邪魔されずに安定かつ十分
な溶込みが得られるとともに、ビード表面の垂れ落ちを
防止することができ、ビード断面形状は凹型で表面の美
麗なビード外観が得られる。なおチップ回動軸３を介し
てチップ４の先端部までワイヤ６を正確に誘導でき、特
に融合不良が生じ易い開先角部１８及び壁面に対して確
実にワイヤ６を向けることが可能となり、アークの狙い
位置や開先両端での停止時間をリアルタイムで調整でき
る。更にアーク雰囲気を大気から完全にシールドするこ
とがブローホール等の溶接欠陥を防止する観点から重要
である厚板の狭開先１７に対しては、狭開先１７内に挿
入可能な偏平型のシールドノズル２と二重シールドボッ
クス１６を併用することにより、開先底部から開先表面
の仕上げ層までの積層におけるガスシールドの効果を改
善できる。

【００１３】

【発明の効果】要するに本発明によれば、狭開先を立向
下進でガスシールドアーク溶接するにあたり、チップ先
端で屈曲されたワイヤを立向下進溶接の進行方向と反対
方向円弧状かつ左右対称に反復オシレートさせるととも
に、オシレート速度を下方に向かう時は速く上方に向か
う時は遅くして溶接を行うことにより、溶融金属に邪魔
されずに安定かつ十分な溶込みが得られるとともにビー
ド表面の垂れ落ちを防止することができ、またガスシー
ルド効果も向上し溶接欠陥のない良好な溶接継手を得る
ことができる立向下進狭開先溶接方法を得るから、本発
明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明立向下進狭開先溶接方法の一実施例のオ
シレート軌跡を示す説明図である。

【図２】本溶接方法のオシレート要領を示す説明図であ
る。

【図３】本溶接方法に適用される溶接トーチの斜視図で
ある。

【図４】従来の立向下進狭開先溶接における溶接金属の
説明図である。

【図５】従来の立向下進狭開先溶接方法の説明図であ
る。

【図６】従来の狭開先溶接方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ本体 ２ シールドノズル ３ チップ回動軸 ４ チップ ５ ワイヤ導出孔 ６ ワイヤ ７，８ 歯車 ９ ステッピングモーター 10 シールドガス供給管 11 シールドガス入口 12 給水管 13 排水管 14 冷却水入口 15 冷却水出口 16 二重シールドボックス 17 狭開先 18 開先角部 19 立向下進溶接方向 20 オシレート軌跡 20ａ 下向オシレート 20ｂ 上向オシレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 隆之 長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 筌口 泰宏 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 狭開先を立向下進でガスシールドアーク
   溶接するにあたり、チップ先端で屈曲されたワイヤを立
   向下進溶接の進行方向と反対方向円弧状かつ左右対称に
   反復オシレートさせるとともに、オシレート速度を下方
   に向かう時は速く上方に向かう時は遅くして溶接を行う
   ことを特徴とする立向下進狭開先溶接方法。