JPS6125463B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水圧鉄管等の厚肉鋼材を、突合せて行
う片面溶接法に関し、更に詳しくは開先の一方の
先端に傾斜面を有する当金を取りつけて行う、開
先組立誤差の許容範囲の大なる片面溶接法に関す
るものである。

従来トンネル内に水圧鉄管を据付ける際には、
トンネルに搬入した短い鉄管を、突合せて、管の
内外から完全な溶接が行なわれてきた。鉄管の内
外両面より溶接を行うためには、その作業用スペ
ースとして、管の外径より約120cm大きな直径の
トンネルを掘削する必要がある。そして鉄管の溶
接後鉄管とトンネル内壁との間隙はコンクリート
で充填するため、トンネルの掘削及びコンクリー
ト充填に膨大な工費を必要とする。

そこで水圧鉄管の据付に必要な最小限の大きさ
のトンネルを掘削し、鉄管の溶接は内面から片面
溶接で行う方法が提案されている。この方法では
トンネルは鉄管外径より約60cm大なる直径のもの
を掘削すればよく、工費の節減効果は大きい。

水圧鉄管等の厚肉の高張力鋼の溶接の場合は、
第１図に示すように多数回の溶接パスを繰返し、
開先１内に溶接ビード２を積層していく。肉厚鉄
管を内面から片面溶接する場合、開先部のルート
ギヤツプＧ又は目違いＭが大きいと初層の溶接の
際抜落ちが生じ溶接不能となる。従つて水圧鉄管
を内面から片面溶接で完全な溶接を行うために
は、開先部のルートギヤツプ及び目違い等の開先
不整の許容範囲は極めて狭く、開先加工及び据付
を高精度で行う必要がある。例えば外径4000mmの
鉄管をルートギヤツプ1.6〜3.6mm、目違い２mm以
下の許容誤差範囲内に据付ける必要があり、極め
て困難である。

そこで若干の開先不整に拘らず良好な裏波ビー
ドを得るために、開先部の裏側にガラス繊維布の
ような裏当材を当ててアーク溶接を行う裏波溶接
法が行われているが、裏当材の装着は作業員が管
体外部より行う必要があり、管体とトンネルの間
隙を相当大きくとる必要がある。

又水平管又は傾斜管の全周突合せ溶接を行う場
合、管の上部の上向姿勢で溶接する部分では、裏
当材の有無に拘らず、第２図に示すように、母材
３表面より裏波ビード４が凹みやすいため、ルー
トギヤツプの許容誤差は一層小さくなる。特に水
圧鉄管ではこの裏波ビードの凹みは、溶接部の強
度を低下させるため好ましくない。

更に初層の溶接に於いて溶接作業中、溶接棒の
交換等のため溶接作業を中断したとき、その溶接
部の先端のクレーター部にクレーター割れが生ず
ることが多い。これは第３図に示すように、溶接
先端部では両側の母材３の開先面５からのみ冷却
が行われ、開先面５から水平方向内側に向つてデ
ンドライト柱状晶６が成長し、中心部に不純物が
濃縮され、凝固収縮の際ここに歪が発生してクレ
ーター割れ７を生ずると考えられている。一旦中
断した溶接をそのまゝ再開すると、溶接部にクレ
ーター割れが残り、溶接部の強度が低下するた
め、一旦中断した溶接を再開する際は、その度に
このクレーター部をグラインダー等で削取る必要
があつた。

又改良された片面溶接法として、第４図に示す
ように、溶接する一方の母材３の開先部８の裏側
に予め裏当金９を溶接しておき、これに接して他
方の母材３の開先部を配置して溶接を行う裏当金
溶接法が行われている。管体の溶接の場合には、
一方の管体の端部のみに環状の裏当金を取付け
て、これにぴつたりと他の管端を挿入するのは困
難であるので、第５図の如く、環状の裏当金１２
を２つに分割し、両方の管端にそれぞれ半円状の
裏当金１２を溶接しておき、管端を近付けて溶接
を行う。この裏当金溶接法は、前述の裏波溶接法
に比較して、開先不整の許容誤差範囲が大で、上
向姿勢の初層溶接でも裏側に凹みを生ずる虞れが
なく、又裏当金への放熱により、クレーター割れ
を生じる虞れもなく施工は容易である。

しかし裏当金と反対側の管胴母材との密着度合
が悪いと、溶接作業に支障を来すばかりでなく、
この間隙に溶接金属が流入し溶接欠陥が生じ易
い。管端にそれぞれ半円形の裏当金を溶接するの
は、工場で比較的正確に行えるが、これを現場で
組合せたとき、上記の隙間が生じないようにする
のは困難で、管の外面よりジヤツキ、ハンマー等
により整形する必要があり、実質的に管外面作業
が必要となる。

上述の従来の片面溶接法の欠点に鑑み、本発明
は開先不整の許容誤差範囲が大きく、初層溶接時
の抜落ちを防止すると共に、上向姿勢による溶接
個所の裏波ビードの凹みがなく、クレーター割れ
の生ずる虞れのない片面溶接法を提供することを
目的とする。更に本発明の他の目的は、裏当金と
管胴母材の隙間に溶接金属の流入がなく、溶接電
流等の施工条件範囲の広い溶接法を提供すること
にある。

本発明者等は上記目的を達成すべく種々研究を
重ねた結果、突合せ溶接する一方の管体の開先部
背面に、一方の端面が内側又は外側に傾斜した端
面をなす円筒状の、該母材と同種の金属製の環体
よりなる裏波形成補助材（以下ピローリングとい
う）を嵌合して溶接し、そのピローリングの端面
が開先先端から開先面に沿つて斜に延びる傾斜面
を形成するようにして突合せ溶接を行うと、ピロ
ーリングの傾斜先端面により、延長拡大された開
先面と、これに対向する開先先端部との間に初層
溶接が行われるため、目違い、ルートギヤツプ等
の開先不整がかなり大きくても、開先不整をこの
ピローリングで吸収でき、抜落ちが生じず、上向
き姿勢の溶接でも裏波ビードに凹みが生じない
し、又クレーター割れも生じないことを見出し本
発明を完成するに到つた。

即ち本発明は厚板の片面突合せ溶接に於て、開
先部の一方の母材の裏面に、一定の先端角度θの
傾斜先端面を有する該母材と同種金属よりなる裏
波形成補助材を接合し、開先部の一方の開先面を
斜に延長する傾斜面を形成し、該傾斜面とこれに
対向する開先先端部との間に初層溶接を行い、次
いで多層積層溶接を行う片面溶接工法を要旨とす
る。

次いで図面により本発明の実施例について更に
詳細に説明する。第６図は本発明の片面溶接工法
に於けるピローリングを接合した管体の開先部の
断面図である。１０，１０は溶接する管体であつ
て、その開先部８の先端外側にピローリング９を
嵌合して、溶接等により取付けられている。ピロ
ーリング９はその内径が管体１０の外径にほぼ等
しく、その端面が先端角度θの傾斜先端面１１を
なす鋼製の環状体であつて、開先面５を延長する
ように一方の管体１０の先端外側に嵌合して接合
されている。先端角度θは開先先端角度αと同一
角度であつても、異なる角度であつてもよく、45
゜〜75゜の範囲が望ましい。ピローリングの先端
角度θが45゜未満では目違いの許容範囲が狭くな
り、又75゜を越えるとルートギヤツプの許容範囲
が狭くなる。ピローリング９の厚さｄは６mm以
上、長さｌは30mm以上のものが好ましく用いられ
る。

第７図は本発明の方法により初層溶接を行つた
開先部の断面の一例である。ルートギヤツプは４
mmでありａ，ｂ，ｃはピローリング先端角度θ＝
60゜ｄ，ｅ，ｆはθ＝45゜のものであり、ａ及び
ｄは上向、ｂ及びｅは横向、ｃ及びｆは下向の姿
勢で溶接したものである。これらによれば全姿勢
に於いて極めて良好なビード形を示す。

第８図は６mm厚で先端角度60゜のピローリング
９を用い、目違いＭ及びルートギヤツプＧを変え
て本発明の方法により、溶接を行つた場合の結果
を示す。◎印は極めて良好なビードが形成された
もの、〇印は良好なビードが形成されたものであ
る。点線の長方形はピローリングを用いない従来
の被覆アーク溶接法によるルートギヤツプ及び目
違いの許容誤差範囲を示す。この図に示すように
従来の片面溶接法に比較して遥かに許容開先不整
範囲が広くなる。

第９図は本発明の溶接工法で溶接した初層溶接
のクレーター部の断面図であつて、ピローリング
９の傾斜先端面１１からの冷却によりデンドライ
ト柱状晶６が斜に成長する結果、溶融金属中の不
純物が上方に追出され、冷却時にクレーター割れ
を生じることがない。

水圧鉄管等の溶接に本発明の溶接工法を用いる
場合は、工場にて予め下流側の管外面開先部外側
に環状のピローリングを取付けるため、容易に精
密な加工を行うことができ、管体母材とピローリ
ングを隙間なく取付けることができる。

第１０図は本発明の溶接工法により被覆アーク
溶接棒（φ＝４mm）を用い、開先先端角度60゜、
ピローリング先端角度60゜目違い０で、ルートギ
ヤツプと溶接電流を変えて初層溶接を行つた場合
の抜落ちの発生しない範囲を示す。斜線部が本発
明の工法による抜落ち及び溶込み不良等の発生し
ない範囲であり、点線で示す従来法による適正条
件範囲に比較して溶接電流の施工条件範囲が遥か
に広く、施工が容易となる。特に、従来法よりも
大電流で溶接を行うことができるため、溶接の能
率が大幅に向上する。

本発明の方法に於ける溶接法は、被覆アーク溶
接、TIG溶接、MIG溶接、その他公知のいずれの
アーク溶接法も用いることができる。本発明の方
法で用いられる開先の形状は、Ｖ開先、２段開先
等開先先端部がＶ字状をなす開先及びＵ字開先等
従来の公知の片面溶接で用いられる開先形状はい
ずれも用いることができる。

本発明の溶接法は水平管、垂直管、傾斜管のい
ずれの溶接にも用いることができ、水圧鉄管等の
管体の内面からの溶接だけでなく、鉄塔、煙突等
の建設の際管体の外面からの片面溶接にも用いる
ことができる。又管体だけでなく、厚肉の平板の
片面溶接にも用いることができる。管体の外面か
ら片面溶接を行う場合は管体の開先部の内側にピ
ローリングを嵌合して溶接を行う。平板の片面溶
接を行う場合は、環状のピローリングの代りに、
傾斜先端面を有する平板状の当金を開先部背面に
接合して、同様に一方の開先面を延長して溶接を
行う。このような傾斜先端面を有する平板状の当
金も、本発明の「ピローリング」に包含される。
本発明の片面溶接工法は鋼材の溶接だけでなく、
溶接可能な他の金属の溶接にも用いることができ
る。母材が鋼材よりなる場合は鋼製のピローリン
グが用いられ、母材が鋼以外の金属よりなる場合
は、ピローリングも母材と同種金属製のものが用
いられる。

本発明の片面溶接工法に於て、溶接後ピローリ
ングは溶接された状態のまゝで用いられるが、必
要があればピローリングを切除してもよい。

本発明の片面溶接工法によれば、ピローリング
の傾斜先端面により、開先部の一方の開先面を延
長することにより、開先部の目違い、ルートギヤ
ツプ等の開先不整を吸収し、初層溶接時の抜落ち
等の危険性を防止することができるため、開先不
整の許容誤差範囲が大幅に拡がり、水圧鉄管等の
現場での施工が極めて容易となる。又、水平管の
全周溶接等の場合の上向姿勢で溶接する部分の裏
波ビードの凹みが生じる虞れがない。初層溶接を
中断した場合でも、クレーター部にクレーター割
れを生じることがなく、溶接再開に先立つてクレ
ーターを削除する必要がないため、溶接作業能率
が向上する。従来法に比較して、抜落ち等の生じ
ない電流等の施工条件範囲が広く、施工が容易で
あり、大電流で能率よく溶接を行うことができ
る。裏当材を用いる裏波溶接の如き現場に於ける
管外面での作業が不要となる。従来の裏当金溶接
の如く分割した裏当金の継目を現場で溶接する必
要がなく、工場で継目のないピローリングを開先
先端に完全に接合しておくことができる等の極め
て顕著な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の裏波溶接による多数積層溶接部
の断面図、第２図は従来の裏波溶接で上向姿勢に
よる溶接部の断面図、第３図はクレーター割れの
説明図、第４図は従来の裏当金溶接法の裏当金を
取付けた開先部の断面図、第５図は同斜視図であ
る。第６図は本発明の片面溶接工法に於けるピロ
ーリングを接合した管体の開先部の断面、第７図
は本発明の片面溶接工法により初層溶接を行つた
開先部の断面図である。第８図は本発明の溶接工
法に於ける開先不整のビード形成への影響を示す
図、第９図は本発明の溶接工法による初層溶接の
クレーター部の断面図、第１０図は本発明の溶接
工法に於ける適正電流範囲を示すグラフである。 符号の説明、１……開先、２……溶接ビード、
３……母材、４……裏波ビード、５……開先面、
６……デンドライト柱状晶、７……クレーター割
れ、８……開先部、９……ピローリング、１０…
…管体、１１……傾斜先端面、１２……裏当金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚板の片面突合せ溶接に於いて、開先部の一
   方の母材の裏面に一定先端角度θの傾斜先端面を
   有する該母材と同種金属製の裏波形成補助材を、
   該傾斜先端面が該開先先端からほぼ開先面を延長
   する方向に斜に延びるように接合し、該傾斜先端
   面とこれに対向する開先先端部との間に初層裏波
   溶接を行い、次いで多層積層溶接を行うことを特
   徴とする片面溶接工法。 ２ 該母材が管体であつて、該一方の管体の外側
   に該裏波形成補助材を嵌合接合し、管体内側より
   溶接を行う特許請求の範囲第１項記載の片面溶接
   工法。