JPH07299578A - アルミニウム薄板隅肉溶接継手の変形防止・修正法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミニウムおよびその合金板の平板と縦骨
材とを組み合わせた隅肉溶接継手において、溶接部に平
行に溶接部境界から５０ｍｍの範囲の平板部をロール加
圧する。 【効果】アルミニウムおよびその合金薄板の隅肉溶接継
手の溶接変形防止あるいは修正が低コスト・高品質で行
うことができ、従って簡潔にしてかつ低コスト高能率で
溶接が可能であることから船舶等の建造工数、工期の削
減が出来大幅なコストダウンとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアルミニウムおよびそ
の合金薄板の隅肉溶接継手の低コスト高品質・溶接変形
防止・修正法に関する。以下、アルミニウムとはアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金を意味する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム薄板は一般に高速艇、漁
船、電車などの構造物に多く使用されている。こうした
構造物の建造では溶接によって組み立てられるのが普通
である。この際アルミニウム薄板の溶接組み立て加工で
は溶接歪が発生し易いという問題を抱えていた。例え
ば、補強の縦骨材を側板と溶接して組み立てる時、骨材
の隅肉部を隅肉アーク溶接していくと、アルミニウム薄
板では特にその入熱により溶接ビード部を中心に図１に
示すような縦曲がり変形（特に薄板ではこれが座屈変形
歪に転換する、以後座屈変形と総称する）および角変形
が出易いという問題があった。これら変形が生じると外
観品質が低下し、航行時の波の抵抗を増やす等の理由に
よりこの歪は出来る限り最小にすることが要求されてい
る。

【０００３】こうした問題に対し（ａ）溶接前に機械的
拘束を行なったり、（ｂ）あるいは溶接組み立て終了後
に溶接部またはその近傍を点状、または線状に局部加熱
し急冷をして歪除去を行ったり（アルミニウム合金溶接
歪防止マニュアル 軽金属溶接構造協会）（ｃ）裏側か
ら同時加熱を行なったり（特開昭５８−１７９５６
５）、（ｄ）溶接後、溶接部をロール加圧とかハンマー
で衝撃的にたたいて延ばして変形修正を行う等がある
が、これら手法ではその為の作業時間、工数が大きく多
大のコストアップや作業の熟練を必要とする欠点があっ
た。特に（ｄ）の溶接部へのロール加圧による変形修正
の手法では隅肉継手に対しては図１に示すように隅肉溶
接部は構造的に剛になっているため延ばされ難い事に加
え隅肉溶接部のため斜めから加圧する必要があるため装
置が大がかりにならざるを得ないとか、縦骨材を複数に
した場合には骨材間のスペースの制約があって適用し難
い等の問題があった。

【０００４】本発明者らは以前にこの発明に対してＴ形
溶接継手で連続隅肉アーク溶接を行なう際にその溶接薄
板の溶接部裏側を高エネルギービームで隅肉アーク溶接
より先行加熱する方法を提案した（例えば特開平４−２
２０１７６号）。そしてこの方法により上記変形の内、
角変形を大幅に低減する事が出来るようになった。しか
しこの手法だけでは前記変形の内座屈変形に付いては有
効に防止・修正は出来ていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記問題点
を解決して簡便にしてかつ高能率で変形の無い溶接構造
物の製作を可能にすることを目的にするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は座屈変形の防止
・修正を溶接部そのものではなくその周辺を垂直加圧展
伸することにより、簡便にかつ効果的に出来る事を見い
だして行ったものである。すなわち本発明は、アルミニ
ウムおよびその合金板の平板と縦骨材とを組み合わせた
隅肉溶接継手において、溶接部に平行に溶接部境界から
５０ｍｍの範囲の平板部をロール加圧する事を特徴とす
るアルミニウム薄板隅肉溶接継手の変形防止・修正法で
あり、またさらに溶接部裏面を溶接に先だって１０〜５
００ｍｍの位置を高エネルギービームで加熱する事を特
徴とするアルミニウム薄板隅肉溶接継手の変形防止・修
正法であり、またさらに溶接材または縦骨付き押し出し
材に、更に縦骨材と平板とに直角になる様に横骨材を配
し横骨材と平板とを隅肉溶接し、縦骨材より高さの高い
厚板を横骨材に平行に溶接部境界から５０ｍｍの範囲の
平板上に挿入配置して平板と厚板とを合わせてロール加
圧展伸する事を特徴とするアルミニウム薄板隅肉溶接継
手の変形防止・修正法である。

【０００７】ここでアルミニウムおよびその合金の種類
としては特に限定されないが例えば純Ａｌ系の１１０
０、Ａｌ−Ｍｇ系の５０５２、５０８３、５０８６、Ａ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０６１、６０６３、６Ｎ０１、Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系の７Ｎ０１等が好ましく適用できる。

【０００８】平板、縦骨材、横骨材および押し出し材の
板厚は特に限定されないが、好ましくは１〜１５ｍｍが
良い。縦骨材および横骨材の形状は圧延板からの切り出
しのフラットバーでも押し出し型材のバルブプレートで
も良くとくに限定されない。

【０００９】ロール加圧展伸部位は溶接部に平行に溶接
部境界から５０ｍｍの範囲の平板部が好ましく、溶接部
への直接加圧は前述の斜め加圧になり好ましくなく、逆
に５０ｍｍを超えた部位では加圧による歪防止・修正効
果が不十分になり好ましくない。但し溶接部の幅は全溶
接長にわたって多少変動しているため、境界部では平均
的な境目から２ｍｍ程度までなら溶接部側を加圧しても
かまわない。この際溶接部側の加圧は加圧ロールの端部
が４５°程度の角度をなして行うことが好ましい。

【００１０】ロール加圧の方向は通常平板に垂直で溶接
線に平行が好ましい。

【００１１】加圧展伸幅は通常５〜３０ｍｍが好まし
い。

【００１２】加圧展伸の程度は平板の材質、板厚および
溶接条件等に応じたものになるが通常は平板の厚さの１
％程度迄の減厚が好ましい。

【００１３】加圧の時期は溶接直後でも溶接冷却後でも
いずれでも良い。

【００１４】ロールの形状としては特に限定されない
が、上下同一限定幅の対称ロールとか溶接部裏側が広幅
で溶接側が上記限定幅の非対称ロール、または骨材より
高さの高い厚板を平板上に挿入配置して平板と厚板とを
合わせて上下ロールにて加圧する方式が好ましく適用で
きる。特に厚板を挿入するロール方式は骨材同士がクロ
スする継手に好ましく適用できる。

【００１５】厚板の材質寸法はロール加圧により座屈変
形しない程度の強度と幅・高さが望ましく例えば材質は
ステンレス鋼で厚さ２０ｍｍ高さ５０ｍｍが好ましく使
用できる。

【００１６】溶接法の種類としては特に限定されないが
通常ＭＩＧ溶接とかレーザー溶接とかが使用するアルミ
ニウムおよびその合金薄板の種類に応じて好ましく適用
できる。

【００１７】隅肉アーク溶接平板の裏側を高エネルギー
ビームでアーク溶接より先行して予熱する位置は好まし
くは１０〜５００ｍｍが望ましい。板の裏側を加熱する
高エネルギービームとしてはＴＩＧおよびプラズマアー
ク、電子ビーム、レーザービーム、アセチレンおよびプ
ロパンバーナー等が好ましく使用でき、その線状加熱の
程度は板厚、溶接条件等に応じて適宜予備実験を行って
選定すればよい。

【００１８】隅肉溶接では片側ずつまたは両側同時でも
良い。その際片側ずつではロール加圧を同じ場所を２度
行っても良い。

【００１９】また溶接の進行は板材および骨材を固定し
ておき溶接トーチを移動させて行っても良いし、逆に溶
接トーチを固定して板材および骨材を移動させても良
い。この際これら部材の拘束支持は機械的に行うのが好
ましく例えば二つのローラー間にこれら部材をはさんで
支持する等がよい。

【００２０】

【作用】本発明により座屈変形および角変形の防止・修
正が可能な理由は大凡以下の通りと考えられる。

【００２１】まず座屈変形に付いては以下の通りと考え
られる。

【００２２】一般に隅肉溶接継手では溶接後溶接部は収
縮する。溶接線方向での収縮傾向は溶接周辺の非収縮部
で拘束されるため平板での溶接線に平行方向の残留応力
分布は図２に示すように収縮部分では引張型になりそれ
以外はそれに釣り合う形で圧縮型になる。この収縮によ
り縦曲がり変形が発生する。平板が薄いとこの縦曲がり
変形は圧縮の残留応力により平板は容易に座屈し座屈変
形になる。これに対し本発明による手法では溶接部周辺
の平板上のロール圧下展伸により上記収縮傾向が弱まり
周辺拘束が弱まるため図２に示す様に残留応力が緩和さ
れ圧縮の残留応力も低下して座屈変形の修正が可能にな
ると考えられる。この際ロール圧下展伸による収縮傾向
の弱まりは溶接直後でも溶接冷却後でも圧下時期に関係
なく有効である。またロール圧下による歪防止・修正が
比較的低加圧力で有効なのは平板部では剛性が低いため
加圧展伸効果がより有効に働いているものと考えられ
る。なお、加圧実施時期で溶接直後ではまだ収縮が大き
くなく座屈変形は発生していないため溶接直後に加圧を
行うと変形防止になり、溶接冷却後の座屈発生後に加圧
を行うと変形修正になる。

【００２３】次に角変形については次の２つが考えられ
る。即ち高エネルギービーム線状加熱により隅肉アーク
溶接前の薄板で逆の角変形歪が容易に発生し、この逆歪
がその後の隅肉アーク溶接で平坦になる作用および予熱
により隅肉溶接時のアーク熱の板面でのアンバランスが
緩和される作用によるものと思われる。これに対し高エ
ネルギービームで予熱する位置が隅肉アーク溶接アーク
の真下と後方ではその効果が少ない。これは隅肉アーク
溶接により一旦Ｔ継手が作成されると、その後の歪修正
は溶接前の平板のままの状態に比べＴ継手では拘束力が
大きくなり、元の状態に戻すのが困難になるためおよび
熱バランス効果が低下するためと考えられる。

【００２４】

【実施例】

［実施例１］下記試験片部材を図３に示す様に組み合わ
せ配置して下記条件にてミグ溶接６にて隅肉溶接した。 ・試験片 平板材：ＪＩＳＡ５０８３−Ｏアルミニウム材 厚さ：２ｍｍ＊幅３００ｍｍ＊長さ３０００ｍｍ 縦骨材：ＪＩＳＡ５０８３−Ｏアルミニウム材 厚さ：４ｍｍ＊幅４０ｍｍ＊長さ３０００ｍｍ ・溶接条件 電流：１２０アンペア 電圧：１５ボルト 溶接速度：２ｍ／分 その後平板１上で溶接部２の境界から２０ｍｍの巾の位
置３を図４に示すように非対称ロール４、５にて加圧
（荷重２トン）した。こうして得られた溶接材の長手方
向の変形を調査したところ殆ど変形は認められなかっ
た。尚比較として溶接のままでロール加圧を行わなかっ
た場合に付いても同様に調査したら、この場合は前記図
１に示す様なわかめ状の顕著な座屈変形が明白に認めら
れた。

【００２５】［実施例２］図５に示すように平板の隅肉
溶接部裏側をＴＩＧアーク８で隅肉アーク溶接より先行
加熱する以外は実施例１と全く同じにして連続隅肉ＭＩ
Ｇ溶接を実施した。このＴＩＧアーク８の加熱条件を下
記に示す。

【００２６】対象部位 ：外板ＴＩＧアーク 先行加熱位置：１５０ｍｍ 電流 ：１５０Ａ 電圧 ：１５Ｖ 溶接速度 ：２０００ｍｍ／分

【００２７】溶接線中央部における角変形量９を図６に
示すように測定し同じ表１に示す。尚、比較としてＴＩ
Ｇアーク加熱８を行なわない以外は上記と同じにして得
た変形の結果も表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】［実施例３］実施例２での本発明法により
作成した溶接材で図７に示す様に縦骨材７および平板１
に直角に横骨材１０を配し横骨材１０と平板１とを実施
例１と同条件にてミグ溶接し隅肉継手１１を作成した。
次に縦骨材７および横骨材１０より高さの高い厚板１２
を平板１上で横骨材１０に平行に溶接部境界２から１０
ｍｍの位置３に挿入し図８に示すように平板１と厚板１
２とを合わせてロール加圧（荷重２トン）した。こうし
て得られた溶接材の縦骨材７、７’間および横骨材１
０、１０’間の中央位置１３での歪を測定し表２に示
す。尚、比較として横骨材１０に平行方向のロール加圧
を行なわない以外は上記と同じにして得た変形の結果も
表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【効果】以上実施例で示した本発明の溶接方法によれば
簡潔にしてかつ低コスト高能率で、溶接が可能で船舶等
の建造工数、工期の削減が出来大幅なコストダウンとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 隅肉溶接の歪を示した斜視図である。

【図２】 残留応力分布を示したグラフである。

【図３】 実施例１の溶接状況を示した断面図である。

【図４】 実施例１のロール加圧を示した断面図であ
る。

【図５】 実施例２の先行加熱を示した正面図（ａ）側
面図（ｂ）である。

【図６】 角変形量の測定法を示した断面図である。

【図７】 実施例３の溶接形状を示した斜視図である。

【図８】 実施例３のロール加圧を示した断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ‥‥‥‥‥‥ 平板 ２ ‥‥‥‥‥‥ 溶接部境界 ３ ‥‥‥‥‥‥ 溶接部境界から１０ｍｍの位置 ４，５ ‥‥‥‥ 非対称ロール ６ ‥‥‥‥‥‥ ミグ溶接 ７、７’‥‥‥‥ 縦骨材 ８ ‥‥‥‥‥‥ ＴＩＧアーク加熱 ９ ‥‥‥‥‥‥ 角変形量 １０、１０’‥‥ 横骨材 １１ ‥‥‥‥‥ 隅肉継手 １２ ‥‥‥‥‥ 厚板 １３ ‥‥‥‥‥ 中央位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 9/235 Ａ 8315−4Ｅ // Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１ Ｃ 8315−4Ｅ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムおよびその合金板の平板と
   縦骨材とを組み合わせた隅肉溶接継手において、溶接部
   に平行に溶接部境界から５０ｍｍの範囲の平板部をロー
   ル加圧する事を特徴とするアルミニウム薄板隅肉溶接継
   手の変形防止・修正法。
2. 【請求項２】 特許請求の範囲第１項において溶接部裏
   面を溶接に先だって１０〜５００ｍｍの位置を高エネル
   ギービームで加熱する事を特徴とするアルミニウム薄板
   隅肉溶接継手の変形防止・修正法。
3. 【請求項３】 特許請求の範囲第１項および第２項にお
   ける溶接材または縦骨付き押し出し材に、更に縦骨材と
   平板とに直角になる様に横骨材を配し横骨材と平板とを
   隅肉溶接し、縦骨材より高さの高い厚板を横骨材に平行
   に溶接部境界から５０ｍｍの範囲の平板上に挿入配置し
   て平板と厚板とを合わせてロール加圧展伸する事を特徴
   とするアルミニウム薄板隅肉溶接継手の変形防止・修正
   法。