JPS5951387B2 - 不溶着部を有する溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、不溶着部を有する溶接継手の製造方法に関
するもので、特に不溶着部の先端からの疲労破壊及び脆
性破壊に対して、強度を向上させた不溶着部を有する溶
接継手の製造方法に関するものである。

なおこの発明で継手とは部材を継いだ部分を意味するも
のとする。

この発明は疲労破壊及び脆性破壊に対する強度を向上で
きるものであるが、以下疲労破壊に対する強度を例に説
明する。

一般に、一方の被溶接材の側面に他方の被溶接材の端面
を接合してなる十字継手、Ｔ継手などの不溶着部を有す
る溶接継手はその簡便さから最も頻繁に使われる継手で
あるにもかかわらず、その疲労強度は母材平滑材のそれ
と比べて著しく小さいことが知られており、そのために
繰返し荷重の作用する重要構造物には使用できないとい
う制約があつた。

第・１図１は不溶着部を有する溶接継手のうち典型的な
例として十字継手を示す正面図であり、図中、１，１″
は被溶接材、２は溶接金属、３は不溶着部、４は不溶着
部先端５から発生した疲労亀裂を示し、矢印は繰返し荷
重の負荷方向を示している。不溶着部を有する溶接継手
の疲労強度が小さい原因は従来から破壊力学を用いて究
明されてきている。第１図１１は第１図１の破線丸印部
分を中心にして拡大した部分断面図で、第１図１１に示
すように不溶着部先端５が割れとか疲労亀裂などの鋭い
自然亀裂などと同程度の鋭い切欠を形成し、鋭い切欠に
よる大きな応力集中が主因で゛あるとされている。その
ため、このような溶接継手の疲労強度を向上する方法と
しては、従来、継手に大きな開先をとり、不溶着部のな
い完全溶込みの溶接継手とする方法がとられてきた。し
かるにこの方法は溶接部が狭隘な場所に存在した場合に
は溶接施工が困難となつたり、採用できても必然的に溶
接金属量が倍増し、能率が著しく低下したり、大きな溶
接歪が発生するなどの欠点を有していた。この発明は、
上述の従来方法の欠点を解消しようとするもので、不溶
着部周辺に、スラグ形成材、高融点物質などの介在物を
介在させて溶接を行うことにより、溶接により形成され
る溶接金属の不溶着部との境界部位に、断面欠円状のく
ぼみを形成することにより、前記境界部位の疲労強度、
脆性強度を向上させ、又、上記介在物を予め担材で担持
し、介在物が不溶着部周辺の溶接隅部に位置するように
上記担材を被溶接材の間に介挿して溶接することにより
、作業性の向上を図ることができる不溶着部を有する溶
接継手の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

以下、この発明を、いくつかの実施例を用いて説明する
。

第２図はこの発明によつて製造された溶接部を示し、溶
接金属２の不溶着部３との境界部位に形成された断面欠
円状のくぼみ５を示す。

第３図はこの発明による方法の一実施例のうち介在物と
してスラグ形成材を用いた場合を示す説明用断面図であ
り、Ｉは単純隅肉継手の場合を、１１は部分溶込み溶接
継手の場合を示している。

図において１１は溶接トーチ、６は不溶着部先端５の溶
接金属の凹溝状のくぼみの断面欠円状の円弧半径（以下
くぼみ半径という）を適当に確保するためのスラグ形成
材であり、溶接前に隅肉ルート部あるいは開先ルート部
に介在する。スラグ形成材６の材質としては、被覆アー
ク溶接棒用被覆材、サブマージアーク溶接用フラツクス
、又は片面溶接用の裏当材として用いられる固型フラツ
クス若しくはガラステープ等が適切であり、その断面形
状は、溶接金属の不溶着部との境界部位のくぼみの断面
形状を欠円状とするため、第３図のごとく断面欠円状に
形成してある。さらにスラグ形・成材６の大きさは、溶
接方法や溶接電流によつて決まるが不溶着部長さを不必
要に増加させることなく不溶着部先端の溶接金属のくぼ
み半径を０．５ｍｍ以上の適正値に確保するための必要
最小限にとどめるものとする。このようにして介在した
スラフグ形成材の上に溶接を施すとスラグ形成材は一部
溶融しながら溶融金属を保持するため凝固後の溶接金属
の不溶着部先端形状は第２図１１に示したような滑らか
な円形状となり、この結果ルート部の応力集中は著しく
軽減される。尚、溶接後介在物は溶接部強度に何ら影響
がないので、強いて除去する必要はない。溶接後におけ
る不溶着部先端の溶接金属のくぼみ半径は０．５ｍｍ以
上好ましくは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲にするがよ
い。

くぼみ半径が０．５ｍｍより小さけ．ればルート部の応
力集中を軽減することができなく、又くぼみ半型が大き
くなり過ぎると溶接金属が増加し、不溶着部長さが不必
要に増加することになる。第４図は同じくスラグ形成材
を用いた場合を示ｌす説明用断面図で、被溶接材１に小
さな開先をとり、その中にスラグ形成材６を充填したも
のであるが、この場合、溶込み深さが変動しても、不溶
着部３との境界の溶接金属のくぽみ半径を安定に適正量
確保できるという利点を有している。

第５図はこの発明の方法の簡便な実施例を説明する断面
図である。図中Ｉは、両側にスラグ形成材６を担持する
担材７、たとえば鉄、銅よりなる厚さ８ｍｍ程度の部材
１２を第５図１１に示すように被溶接材１と１’間に介
挿し、スラグ形成材６を．溶接隅部に臨むように位置さ
せて溶接を行う。かかる方法により、担材７で規制され
る不溶着部との境界部位の溶接金属２に所望のくぼみが
形成される。溶接終了後、担材７、スラグ形成材６は共
に必ずしも除去する必要はない。スラグ形成６に代えて
、水冷銅や、タングステン、モリブデンなどの高融点物
質でもよい。この実施例は、介在物をあらかじめ担材に
担持せしめるので、作業性において著しく有利である。

第６図は介在物６として水冷銅や溶接アークによつて溶
融しないタングステン、モリブデンなどの高融点物質を
使用したこの発明の他の実施例を説明する断面図である
。

図において不必要に不溶着部長さを増加させたり。のど
厚を減少させないために被溶接材１に介在物６を装入す
るのに必要最小限の開先をとり、その開先内に介在物６
を設置したものである。この場合わずかではあるが開先
をとるのに時間を要するものの水冷銅などはアークによ
つて溶融しないため不溶着部先端の溶接金属の形状の滑
らかさや溶接金属のくぼみ半径の大きさはスラグ形成材
を用いた場合よりも更に優れている。なお第６図で用い
た水冷銅は銅管（外径４ｍｍ、内径２ｍｍ）内に水を通
し冷却したものである。第６図の１３は溶接後水冷銅を
引き抜いた後の空間である。第７図はこの発明の方法で
被溶接材１と被溶接材１’間の溶接されない部分及びそ
の先端に厚さ３ｍｍのガラステープ（ガラス繊維で編れ
たテープ）を介在ないし充填し溶接、溶接後ガラステー
プを取去つたところの、不溶着部先端を中心とする断面
形状をマクロ写真で示す断面図である。

不溶着部先端の溶接金属のくぼみの断面形状は略々半円
形状（くぼみ半径１．５ｍｍ）を呈し、この発明の方法
の有効性が明らかである。以上述べたこの発明の方法の
効果を実証するため疲労試験を実施した。

第８図は疲労試権の結果を示すＳ−Ｎ線図であり、横軸
は繰返し数Ｎ、縦軸は応力振幅Ｓをそれぞれ対数目盛で
示している。試験片形状は第１図に示した十字単純隅肉
継手であり、片振引張荷重を用いて試験した。図中ａは
、ルート部へ何ら介在物を挿入しないで従来法により被
覆アーク溶接法を用いて溶接した場合のＳ−Ｎ線図であ
り、ｂは同じ試験片に対し、この発明の方法のうち介在
物６としてガラステープを用いてルート部の切欠半径を
大きくした場合のＳ−Ｎ線図を示している。図において
通常の十字隅肉継手の疲労限が不溶着部先端の大きな応
力集中のために約３．２ｋｇ／一と著しく小さいのに対
して、この発明の方法を用いたｂの疲労限は約６ｋｇ／
７ｆＬｉＬと倍増しており、この発明の方法の効果は顕
著である。なお、この実証試験においては、ルート部に
おける疲労強度を向上させると隅肉鉦端部｛第１図の符
号１０｝からの疲労破壊がルート部からの疲労破壊に先
だつて発生することがあるので、それを防止するため、
Ａ，ｂ共隅肉鉦端部を研磨仕上げした後疲労試験を実施
した。以上のように、この発明の不溶着部を有する溶接
継手の製造方法は、不溶着部周辺に、スラグ形成材、高
融点物質などの介在物を介在させて溶接を行なうことに
より、溶接により形成される溶接金属の不溶着部との境
界部位に、断面欠円状のくぽみを形成することにより、
境界部位の疲労強Ｉ度、脆性強度を向上させ、又、上記
介在物を予め担材で担持し、介在物が不溶着部周辺の溶
接隅部に位置するように上記担材を被溶接材の間に介挿
して溶接することにより、作業性の向上を図ることがで
きる等実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図１は不溶着部を有する溶接継手の典型的な例であ
る十字継手を示す正面図、第１図１１は第１図１の破線
丸印の部分を中心にして拡大した部分断面図、第２図は
、この発明を説明する第１図１１に対応する部分断面図
、第３図１，１１はそれぞれこの発明による方法の一実
施例のうち、介在物としてスラグ形成材を用いた場合を
示す説明用断面図、第４図は同じくスラグ形成材を用い
た実施例のうち、被溶接材に小さな開先をとつた場合の
説明用断面図、第５図１１はこの発明による方法の一実
施例のうち介在物と担材よりなる部材を不溶着部内に挿
入する場合を示す説明用断面図、第５図１は第５図１１
に用いられる部材の断面図、第６図はこの発明による方
法の一実施例のうち介在物として水冷銅など溶接アーク
によつて溶融しない物質を用いた場合を示す説明用断面
図、第７図はこの発明による方法で実施されたものの溶
接後の断面形状をマクロ写真で示す断面図、第８図はこ
の発明による方法の効果を示すＳ−Ｎ（応力振幅−繰返
し数）線図である。 図において、１，１″は被溶接材、２は溶接金属、３は
不溶着部、６は介在物、７は担材である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の被溶接材の側面に他方の被溶接材の端面を接
   合してなる十字継手、Ｔ継手であつて不溶着部を有する
   溶接継手の製造方法において、前記不溶着部の周辺の溶
   接隅部に、溶接後、溶接金属の前記不溶着部との境界部
   位に断面形状が欠円状にして凹溝状のくぼみを形成する
   介在物を介在せしめて溶接を行うことを特徴とする不溶
   着部を有する溶接継手の製造方法。 ２ 介在物は被溶接材と被溶接材の開先ルート部に介在
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の不溶着部を有する溶接継手の製造方法。 ３ 介在物はスラグ形成材であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の不溶着部を有する溶
   接継手の製造方法。 ４ スラグ形成材は、溶接棒用被覆材、サブマージアー
   ク溶接用フラックス、又は片面溶接用フラックス若しく
   はガラステープのいずれかであることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の不溶着部を有する溶接継手の製
   造方法。 ５ 介在物は溶接アークによつて溶融しない高融点物質
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の不溶着部を有する溶接継手の製造方法。 ６ 高融点物質はモリブデン又はタングステンのいずれ
   かであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   不溶着部を有する溶接継手の製造方法。 ７ 介在物は水冷銅であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の不溶着部を有する溶接継手
   の製造方法。 ８ くぼみは半径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの円弧を有す
   る欠円状の断面形状を有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の不溶
   着部を有する溶接継手の製造方法。 ９ 一方の被溶接材の側面に他方の被溶接材の端面を接
   合してなる十字継手、Ｔ継手であつて不溶着部を有する
   溶接継手の製造方法において、溶接金属の前記不溶着部
   との境界部位に断面形状が欠円状にして凹溝状のくぼみ
   を形成する介在物を担持する担材を、前記介在物が前記
   不溶着部の周辺の溶接隅部に位置するように前記側面と
   前記端面間に介挿させて溶接を行なうことを特徴とする
   不溶着部を有する溶接継手の製造方法。 １０ 担材は被溶接材と被溶接材の開先ルート部に介在
   物が位置するように介挿されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第９項記載の不溶着部を有する溶接継手の
   製造方法。 １１ 介在物はスラグ形成材であることを特徴とする特
   許請求の範囲第９項又は第１０項記載の不溶着部を有す
   る溶接継手の製造方法。 １２ 介在物は溶接アークによつて溶融しない高融点物
   質であることを特徴とする特許請求の範囲第９項又は第
   １０項記載の不溶着部を有する溶接継手の製造方法。 １３ 介在物は水冷銅であることを特徴とする特許請求
   の範囲第９項又は第１０項記載の不溶着部を有する溶接
   継手の製造方法。 １４ くぼみは半径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの円弧を有
   する欠円状の断面形状を有していることを特徴とする特
   許請求の範囲第９項ないし第１３項のいずれかに記載の
   不溶着部を有する溶接継手の製造方法。