JPS59110490A - 溶接継手部の疲労強度の向上方法 - 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】 本発明は、溶接継手部の耐疲労特性、換言すれば、疲労
強灰を向上させる方法に関する。

この疲労強灰は、一般に、部材の形状や表面の仕上げ状
態によって大きく左右されるものであるが、ことに溶接
継手部の疲労強度は、母材と溶接ビードとの境界近傍の
仕上シ具合いや溶接ビードそのものの仕上シ具合いと形
状、さらには溶接ビードの始端部および終端部の処理状
態が悪い場合などに、著しく低下する０そのため、強度
上重要な宿造物に対する溶接作業は高度に訓オ↑された
作！ｎ者に行なわせ、アンダーカットや溶接部の止端部
クレータの肉盛シネ足の防止、ビード形状の不整防止お
よび内部欠陥の防止に勢めているのが央債である。

しかしながら、溶接部は母材の一般部分に比べて形状の
変化がはげしく、こｉＬを均一に整形するだけでも、応
力集甲が著しく緩オ目され、疲労強度は相当に向上する
。この傾向は、とくに、すみ肉溶接継手において顕著で
ある。

このため、従来から、すみ肉溶畏継手部の多い栴造物で
は、所定形状の脚長’；ｒ：　イ１１＃保することがで
きるように、研削代として余分にビードの肉盛りを行な
ったのち、ニューマチックるるいは電動式グラインダ等
による手動作業で、このビードを削正し、該溶接ビード
の表面、そオｔもと（に、溶接止端部の表面形状を平滑
にすることによって、応力集甲を緩和させ、疲労強Ｈ℃
を高める方法がとられている。

たとえば、Ｔ形にすみ肉溶接されブと部材に対して、従
来性なイフれている上記方法の匝１１＆を図面により説
明すると、！／図伝）は母材／、／を溶接ビートコで接
合して形成せられたＴ形溶接継手の斜視図、第１図色）
および（Ｃ）は、ビード２の余盛シ郡分３をグラインダ
等（図示せず）で、削正、除去する前および所定の平滑
な凹形をした表面形状グに仕上げたのちの状態をそれぞ
れ示す横断正面図でめる。

なおこの場合、ｆｆｉ／図（ａ）および缶）に見られる
ように、アンダーカットｊがめると、滑かに仕上げるた
めに、余盛り部分３に対する削正は母材／、／にまで及
び、＠／図（Ｃ）にＤおよびＤ′でそれぞれ示している
深さまで研削したり、あるいはこのアンダーカット部分
に逆に肉盛り溶接を施して強匹不足を補うなど、余分な
作業が必要となる。

そしてこの余盛９部分３は結局のところ、削除されてし
まうため、時間と労力とエネルギーおよびこの余盛シ部
分３を形成させた材料がすべて全く無駄に消費されたこ
とになる０加えて、その作業を行なｆ）ためには、溶接
器具のみならず、グラインダ等の仕上げ工具を要し、ま
たビードの削正および表面形状の整形には溶接作業者と
は職雅の異なる慈却した作業者を必要とする。そのうえ
、ことに、すみ自溶接部においては、一般に作業を行な
うためのスペースが狭い場合が多いだけでなく、グライ
ンダ作業の実施が困難なときがあｐｌまた溶接ビード自
体の仕上シ状態もケースバイケースで相当な程厩差が生
じることから、この削正作！たの機械化、自動化の採用
もむつかしい。δらに加えて、作業に伴う振動や騒音の
発生、粉塵の飛散による作業環境や労働安全術生に関連
しｆｌ：、　ｌｆ旧但など、従来公知の方法には諸多の
不都合−で欠点がある。図中６はクレータである。

本発明は従来のこの独の方法に認められる上記した数多
くの不都合、欠点や問題点を除去し、解決しよりとする
もので、そのために、本発明に係る第ｌの方法は、非消
耗電極形の熱源で溶接ビードの表面を加熱して、該溶接
ビードの表面Ｊ含を再溶融させ、その表面形状を整形し
た後、冷却して、該溶Ｗ：継手部の疲労強度を向上せし
めるよりにしたことを特徴とするものである。

また本発明に係る＠λの方法は、非消耗電極形のｒ：ｊ
〜源で溶接ビードの表面を加熱して、該溶接と一ドの表
面層を再溶融させるとともに、該溶接ビードの形状に応
じて、適当に選定した溶加材を溶着金属として、溶融、
添加して、該再溶融させたビードの表面層と混成せしめ
、その表面形状を整形した後、冷却して、該溶接継手部
の疲労強度を向上せしめるようにしたことを特徴とする
ものである。

次に不発明の実施例としての２つの方法を、とくに疲労
強度が重要視さＪする措造においてＴ形にすみ肉溶接せ
られる部材に適用する場合につき具体的に説明すると、
該部材の横断正面図を示す第２図６）から明らかなよう
に、母材１．ｌからなるＴ形継手すみ部の溶接ビードλ
には、従来のような余分な肉盛りは施さず、後述する如
く、その表面を整形した場合、強度上必要とする最小限
度の分１仕だけが肉盛りされている。

いま＠２図６）に例示したように、非消耗電極形熱源の
ひとつとして、たとえば、タングステンイナートガス溶
接トーチ７を用意し、ガスノズルの先端から適当・す寸
法突出して支持した保のタングステン電極棒ｒを、溶接
ビード２の上方に保持し、トーチ７の先端りから不活性
ガスｌＯを放出させ、その雰囲気中で、該電極棒とと溶
接ビートコの表面２＆との間でアークを発生させる。こ
のアークの熱によって、溶接ビード２の表面２ａは加熱
さｎ１表面層、２ｂが再溶融する。

そして再溶融したこの溶接ビードの表面層は自から流動
して、該ビード表面の形状を滑らかにする。この現象は
アークによって加熱されているところで発生するが、こ
のアークの発・生部より少しく離れた個所においては、
溶融した溶接ビードは、母材や空気による冷却作用をう
けて、たちまら凝固してしまう。

第２図（ｃ）は、再溶融した表面層２ｂがこのようにし
て凝固した後の状態２゜を示すもので、凝固するまでに
表面層２ｂが流動したため、小規模のアンダーカット！
などは、容易に埋ｐつくされ、充分に整形された表面層
２゜が得られ、強度上の欠陥は補なわれ、解消される。

このような要領で、溶接ビードの表面層２ｂを順次加熱
して、再溶融せしめると、次第に溶接ビードの表面形状
は滑らかに整形されて行くが、この作業は荷足の位置に
対してのみ行なうことも、あるいは溶接ビードの全長に
わたって行なうことのいずれも可能であって、とくに溶
接ビードの止端部クレータを重点的に整形することは、
疲労強度を著しく向上させるという効果がある。なお図
中ＩＩは溶接用電源、／、２はたとえば、アルゴンるる
いはへリクムガスの如き不活性ガス源である。

溶接継手部の疲労強度をさらに一層向上させるためには
、当該溶接ビードの表面形状を整形するだけでなく、同
時にその機械的性質をも改良させることがきわめて有効
である。

以下にそのための第２の方法について述べると、第３図
に例示したように、前記した第２図か）に見られる＠／
の方法の場合と同様に、非消耗電極形熱源として、タン
グステンイナートガス溶接トーチ７を用意し、裸のタン
グステン電極棒ｒと溶接ビートコの表面２ａとの間でア
ークを発生させ、ビードの表面層２ｂを再溶融させる。

この時、該アークのなかに溶加材１３（一般には、適当
な溶接棒が利用される）を保持させ、該溶加材をも溶融
させて、当該溶接ビード２の表面２ａに添加する。この
溶融した溶加材１３は、すでに溶融しているビードの表
面層２ｂと混成し、既述したと同様の作用によって、そ
の表面は流動して平滑化せしめられ、アークによる加熱
がなくなると、凝固して、ビードの表面形状は整形され
る。

この際併用する該溶加材の添加量およびその材質、組成
を当初施工した溶接ビードに対して、適切に選定すｎば
、ビード表面形状の整形による効果のほかに、溶接ビー
ドの材質成分の改良による疲労強度向上の効果が付加さ
れる。

また大きなアンダーカットやクレータが存在するような
場合は、それらの個所のみに、溶液金属として溶加材を
添加することで、当該部分の表面形状を鼓形、改良して
もよく、このよりにすれば、溶接ビードの肉盛シと整形
との両作業を同時に行なうことができる。

なおこのような場合には、該溶加材の材質成分は、当該
溶接ビードと実質的に同じもの、るるいは相違したもの
のいずれであっても差支えなく、とくに後者の場合、特
性の向上した合金層を容易に形成式せることかできる。

また本発明方法は上述した笑飾例て示したＴ形すみ肉溶
接継手に限足されるものではなく、突合せ溶接継手やフ
レア溶接継手などにも同様の要領で適用し、所定の目的
を達成できることはい９までもない。

最後に、本発明方法はその機械化、自動化が容易にでき
るとい′Ｉ）有利性について説明する。

従来のニューマチックまたは′１紘動グラインダによる
削正方法に寂いては、該グラインダの砥石は形状を整形
しようとする溶接ビードの表面に必ず５接せしめていな
ければならない。したかって、溶接装置を母材に対して
常に一足の距離関係で保持しつつ溶接線方向へ移動する
ように栴成せられている従来公知、公用の簡易形自動走
行装値などとｍ合わせたのでは、溶接ビードの表面を一
律に削正する機能しか持っておらず、′また衝撃的な及
カのとらえ′）ｊなどにも問題があるため、たとえば、
アンダーカットやクレータあるいは表面全体に大きな凹
凸がめるような溶接ビードに対しては、表面形状の整形
を確実に行なり仁とが不可能な場合も生じるといり不都
合がめる。

ところが本発明方法によれば、従来一般に多用されてい
る上記の如き簡易形自師走行装置ａと組合わせても、所
定の整形作業をきわめて効果的に行なりことが容易にで
きる。

すなわち、タングステンイナートガスアーク（ＴＩＧ　
）の場合を詞にとると、タングステン電極林と溶接ビー
ド表面との間隔は通常！〜ｌＱｒｎｍａ就に制御するこ
とが可能で−めるから、当該と一層自体の表面に凹凸が
存在し、この実際同市が多少変化しても、意図した積形
作業自体にはなんらの支障も起らない。

なおこの場合、ＴＩＧ　）−チアの実際の動きは、溶接
線の方向への直進的な移動だけでなく、溶接ビードの幅
方向にも、該ビードの幅とほぼ同程度の振幅で、振シ子
運動あるいは回転運動を行なわせつつ移動させるのが効
果的であるが、このような運動も前記した簡易形自動走
行装置で容易に行なわせることができる。

またより一層複雑な曲面形状や構造をした溶接ビードに
対しても、必要とあれば、産業用ロボットなど自由度の
大きい適宜の装置を適用することで、比較的容易にビー
ド表面形状の整形作業を自動化することができる。

上記実施例では、非消耗電極形熱源として、タングステ
ンイナートガス・アークを示したが、それ以外にも、溶
接と一層の溶融と溶加材の溶着、添加とがそれぞれ別個
になしうる、たとえば、電子ビーム、レーザービームあ
るいはプラズマアークなどによる熱源を利用することが
できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下
に列記するよ５な効果が得られる。

すなわち、 α）　従来のグラインダによる方法に較べて、溶接ビー
ドの肉盛夛が少なくて済み、余分など一層の削正作業を
行なう必要がないため、時間、労力、エネルギーおよび
溶接材料の無駄を一掃することができる。

ｑ）　小規模のアンダーカットやクレータがめっても、
それらは再溶融せしめられる溶接ビード表面層の流動に
よって容易に埋められるため、それら個所に別途肉盛シ
を施さなくても済む。

■　溶接作業と同じ器具が利用でき、従来のよ′）なグ
ラインダが不必要となるので、砥石の消耗もな（、溶接
工程だけで、ビードの整形まで行なうことが可能となる
ため、従前のように、運搬、準備など溶接とグラインダ
仕上げによるビード整形との２つの工程間における作業
ロスが防止でき、生産性の向上も得られる。

（５）溶接作業者のみで行なえ、グラインダ作業者は不
要となる。

ｆｆ）　　作業の機械化、自動化が容易てめるだけでな
く、作業スペースの少い場所であっても、溶接器への挿
入が可能なスペースさえめれば施工ができる。

ＣＩ’ｍ）　　従来の方法におけるような、グラインダ
の使用に伴り騒音、振動、粉塵の発生が全くなく　ｆＸ
　り　、作業環境および労働安全衛生上の問題点が解決
される。

【図面の簡単な説明】

第１図伍）〜（ｃ）は、Ｔ形すみ肉溶接継手部に対する
従来公知の疲労強に向上方法の説Ｉ３Ａ図で、９ＪＩＪ
７図伝）は溶接ビ′−ドの整形前の状態を示す該Ｔ形継
手の斜視図、第１図缶）およびｇＳ１図（ｃ）は腟形前
および腔形後における酵接ビームの断面形状をそれぞれ
示す該Ｔ形継手の横新正面図、＠２図伝）〜（ｃ）およ
び第３図は同じくＴ形継手のすみ肉溶接ビードに本発明
方法を適用した場合の実施−例を説明するもので、第コ
１伝）および（ｃ）は肢形前および整形後における溶接
ビームの断面形状をそれぞれ示す該継手の横断正面図、
第２図（ｂ）はＴＩＧ　）−チによる整形作票の要領を
略示した該Ｔ形継手の斜視図、また第３図は溶加材を添
加する場合の実施例を示す説明図でるる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）非消耗電極形の熱源で溶接ビードの表面を加熱し
   て、該溶接ビードの表面層をＧ溶融芯せ、その表面形状
   を整形した後、冷却して、疲労強度の向上した溶接継手
   部を得るようにしたことを特徴とする、溶接継手部の疲
   労強度の向上方法。 （Ｚ＞　　非消耗電極形の熱源でだ接ビードの表面を加
   熱して、該溶接ビードの表面層を再溶融させるとともに
   、適当に選定し１辷溶加材を溶着全屈として溶融、添加
   して、該再１’ｆｆ　ＦＡ嘔せたビードの表面層と混成
   せしめ、その表面形状を整形した後、冷却して、疲労強
   にの向上した溶接継手部を得るよりにしたことを特徴と
   する、溶接継手部の疲労強度の向上方法〇（８）　　該
   溶加材が当該溶接ビードとその材質、成分が同一もしく
   は異なるものであることを特徴とする特許 継手部の疲労強度の向上方法。 （４）該非消耗電極形の熱源がタングステンイナートガ
   ス（ＴＩＧ）アーク、電子ビーム、レーザービームもし
   くはプラズマアークであることを特徴とする、’１１　
   ｉＦ請求の範囲第７項ないし第３項のいずれかに記載の
   溶接継手部の疲労強度の向上方法。