JPS6361115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、狭開先被溶接材の側壁の融合不良を
改善した狭開先非消耗電極アーク溶接方法に関す
るものである。

最近、大型構造物に対して狭開先溶接が広く採
用されるようになつたが、狭開先溶接において
は、側壁特に底部コーナーに融合不良が大きな問
題となつている。一方、原子力プラント関連の構
造物等においては高品質の溶接が要求されるため
に、非消耗電極アーク溶接方法（以下、TIG溶接
法という。）が主役を努めている。そこで、狭開
先TIG溶接法において、側壁特に底部コーナーの
融合不良の発生を防止するためにアークをオシレ
ートさせることが行われているが、狭開先である
ために、機械的なオシレートを行うことができな
いので、アークを磁界によつてオシレートさせる
ことが行れている。第１図は従来から行われてい
る磁界によつてアークをオシレートさせる狭開先
TIG溶接法を示す図である。同図ａは、溶接進行
方向に平行な方向からみた溶接部付近の側面図で
あつて、通常の溶接トーチ１から突出した円柱の
電極２と被溶接材３の底部３ａとの間にアーク４
を発生させ、磁気回路用鉄心５に巻回された磁気
コイル６に磁界制御装置７から交流電流を通電し
て磁界８を溶接進行方向Ｘ−Ｙ方向に発生させア
ークを紙面に直角な方向にオシレートさせ、かつ
溶加材９を溶接進方向Ｘ又はＹ方向から供給しな
がら溶接する。同図ｂは、同図ａの電極の先端部
付近を溶接進行方向からみた溶接部付近の正面図
を示し、その溶接進行方向は紙面に直角な方向で
あり、かつアークのオシレート方向は紙面の左右
Ａ−Ｂ方向である。このような電極先端部が尖頭
状の非消耗電極を用いて交番磁界によりアークを
オシレートさせる場合には、アークに硬直性があ
るために、アークを大きくオシレートさせるに
は、強力な磁界の変化を必要とする。さらに先端
までこのような円柱状の非消耗電極を用いて、ア
ークを大きくオシレートさせる場合には、第１図
ｂに示すごとくオシレートの両端位置でアーク長
が大となるために、アークが不安定にもなりやす
い。さらに、第１図ｂに示すような狭開先の溶接
においては、開先加工寸法のバラツキによつて、
電極の先端位置と被溶接材の側壁３，３との距離
すなわち電極先端のねらい位置が、一定にならな
いために、側壁特に底部コーナ部分３ｃ，３ｃの
溶け込み深さが一定にならず、融合不良を発生し
やすい欠点があつた。また、溶接電流を大にして
溶融プールを大きくすれば、コーナー部分を十分
に溶融させることもできるが、このようにすれ
ば、溶接入熱が大となり、溶接熱影響部の増大に
よつて機械的特性の劣化を伴うおそれもあつた。

本発明は、溶加材を供給しながら狭開先の被溶
接材を溶接する非消耗電極アーク溶接方法におい
て、溶接線方向に対してはアークの硬直性を有
し、その方向にアークが偏向することなく、また
逆に、溶接線に直角な方向には、アークの硬直性
が弱くて、わずかな磁界の変化でアークを狭開先
の側壁底部のコーナー部分および各層における側
壁部分に偏向させることによつて、必要最小限の
溶接入熱を供給するだけで、これらのコーナー部
分および側壁部分を十分にかつ略一定の溶け込み
深さを得ることができる狭開先非消耗電極アーク
溶接方法を提案したものである。

以下、本発明の溶接方法について図面を参照し
て説明する。

第２図ａ乃至ｃは、第１図の溶接トーチ１より
突出した非消耗電極２の先端部の拡大図を示す。
この非消耗電極２は、溶接トーチ１内の図示して
いない電極保持機構に接触する部分の断面形状が
略円形であつて、通常の電極保持機構によつて保
持されている。同図ａは正面図であつて、溶接線
方向に略直角な方向が、長方形断面の長辺をなし
ており、その幅は電極の円形断面の直径ｄに略等
しくなつている。また、この長辺端部を符号ｒで
示す面取りをすることによつてアークをオシレー
トさせやすくしている。同図ｂは、側面図であつ
て、溶接線方向Ｘ−Ｙが長方形断面の短辺をなし
ており、その幅がｔになつている。同図ｃは、電
極先端方向より見た平面図であつて、電極保持機
構に接触する部分の断面は、直径ｄの円形であ
り、電極先端部の断面は長辺ｄおよび短辺ｔの長
方形になつている。

このような形状の電極を用いて溶加材９を供給
しながら、第３図ａの溶接進行方向に平行な方向
からみた溶接部付近の側面図に示すように、矢印
８の方向に交番磁界を印加して、同図ｂの溶接進
行方向からみた溶接部付近の正面図に示すよう
に、矢印Ａ−Ｂ方向にアークをオシレートさせ
る。この場合の実施例としてタングステン電極の
断面が円形の部分すなわち溶接トーチ内の保持機
構に接触する部分の直径が6.4mmであり、先端部
の長方形断面の長辺ｄを6.4mmとしその短辺ｔを
１〜２mmとし、溶接電流を250A、交番磁界の磁
束密度を20ガウスでアークをオシレートさせなが
ら、溶接した場合の側壁底部における溶接ビード
形状を第３図ｂの斜線部分に示す。この実施例に
おいては、溶加材の供給量が一定の場合には、被
溶接材の３，３の両側壁部分への溶け込み深さ
Ｐ，Ｐおよび被溶接材の底部３ａへの溶け込み深
さｑは略均一であることから、アークのオシレー
ト位置の変化によるアーク長の変動がなく、かつ
安定したアークが得られていることがわかる。

第３図に示す本発明の溶接方法によつて狭開先
の被溶接材を多層盛溶接すると第４図の溶接進行
方向からみた断面図に示すような溶接結果が得ら
れる。上記の第３図ｂの正面図に示す実施例にお
いては、紙面に直角方向の溶接方向と非消耗電極
の長辺方向とは直角をなしていたが、第５図ａの
溶接進行方向からみた断面図に示すように、非消
耗電極の長辺の長さよりも幅が大なる狭開先を有
する被溶接材を溶接する場合は、又は電極後方に
生じた溶融池３ｄから供給される熱によつて側壁
を溶融させるような場合には、第５図ｂの平面図
に示すように溶接進行方向Ｘ−Ｙと非消耗電極先
端断面の長辺とが平面的になす角度を90゜よりも
小なるスキユー角度αにすることによつて、長辺
と直交する軸UVの溶融池３ｄの後方に傾いてい
る方向の側壁部３ｅ，すなわち第５図ａの符号１
Ｐ１で示したように側壁部を充分に溶融させるこ
とができる。第６図は、溶接進行方向Ｘ→Ｙおよ
びＹ→Ｘに交互にしながら符号１Ｐ１で示す第１
層の１パス溶接、符号１Ｐ２で示す第１層の２パ
ス溶接、符号２Ｐ１で示す第２層の１パス溶接お
よび符号２Ｐ２で示す第２層の２パス溶接をした
時点での溶接進行方向よりみた各パスの溶融断面
を示す断面図である。

本発明の溶接方法に使用した非消耗電極の断面
形状としては、前述した円柱形の電極の先端部分
を第２図ａ乃至ｃに示す形状に加工した電極の他
に、第７図ａ乃至ｃにそれぞれ正面図、側面図お
よび平面図に示すように長方形の板材を用いて形
成してもよいし、さらに略正方形又は多角形断面
を有する電極の先端部分を第８図ａ乃至ｃの正面
図、側面図および平面図に示すような形状に加工
してもよい。

本発明の溶接方法において、アークをオシレー
トさせる交番磁界としては、時間の経過に対して
その強さが変化する磁界、すなわち磁界のパター
ンは、必ずしも正弦波形に限定されることなく、
被溶接材の材質、板厚、形状、溶接姿勢、開先の
形状、溶接ビードの積層方法などにより、任意の
パターンの磁界の変化を彩用することができる。
例えば第９図ａ又はｂに示すパターンは、第４図
に示すような溶接方法に、又同図ｃに示すパター
ンは、第６図に示すような溶接方法に使用され
る。

本発明の溶接方法は、常温の溶加材を供給する
以外に常温以上の溶加材、さらにはアークを発生
させない程度の電流を通電した溶加材を付加する
ことによつて、さらに高能率な狭開先非消耗電極
アーク溶接をすることができる。特に、加熱した
溶加材を供給する場合には、常温の溶加材を供給
する場合にくらべて、溶着量の増大だけでなく、
狭開先底部のコーナーおよび各層ごとの側壁を最
小限の溶接入熱を供給するだけで、充分に均一に
溶融させることができる。

以上のように本発明の狭開先非消耗電極アーク
溶接方法によれば、溶加材を供給するとともに、
非消耗電極先端の断面形状を略長方形又は非消耗
電極を帯状にしてその長辺を狭開先内の溶接進行
方向に略直角な角度又は適当なスキユー角度をも
たせて配置しておいて、その長辺と直角方向に、
従来の円形断面の電極に印加する磁界よりも弱い
交番磁界をかけるだけで、アークをその長辺方向
に容易にオシレートさせることができ、かつ実際
のアーク長が変化しないので狭開先を有する被溶
接材の底部コーナーまたは側壁を、従来よりも少
ない必要最小限の溶接入熱によつて、充分に均一
に溶融することができ、さらには、交番磁界の波
形、周波数を変化させることによつて、溶接ビー
ドの断面形状を狭開先を有する被溶接材の材質、
板厚、開先形状等に応じて積極的に容易に変える
ことができる。しかも、長方形断面の長辺方向に
はわずかな磁界の変化によつて容易にアークをオ
シレートさせることができ、かつ長辺と直角方向
にはアークの硬直性が大でアークのふらつきがな
く安定したアークを維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは、従来の電極先端が尖頭状
の非消耗電極を用いて、磁界によつてアークを溶
接方向に直角な方向にオシレートさせた場合の溶
接部付近の側面図および紙面に直角な溶接進行方
向からみた溶接部付近の正面図、第２図ａ乃至ｃ
は、本発明の溶接方法に係る非消耗電極の先端部
の正面図、側面図および平面図、第３図ａおよび
ｂは、本発明の溶接方法により狭開先被溶接材の
第１層目を溶接した場合の溶接進行方向から平行
な方向よりみた溶接部付近の側面図および溶接進
行方向よりみた溶接部付近の正面図、第４図は本
発明の溶接方法によつて狭開先多層盛溶接をした
場合の溶接進行方向からみた断面図、第５図ａお
よびｂは本発明に係る非消耗電極を溶接進行方向
に対してスキユーさせた場合の溶接進行方向から
みた被溶接物の断面図および平面図、第６図は非
消耗電極をスキユーさせて１層２パスで２層溶接
をした時点における溶接進行方向からみた被溶接
材の断面図、第７図ａ，ｂ，ｃおよび第８図ａ，
ｂ，ｃはそれぞれ本発明の溶接方法に係る非消耗
電極の他の先端形状の正面図、側面図および平面
図、第９図ａ，ｂおよびｃは、本発明の溶接方法
に適用する磁界の強さの時間的変化を示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶加材を供給しながら狭開先を有する被溶接
   材と非消耗電極との間に発生するアークに、交番
   磁界を印加してアークをオシレートさせながら溶
   接する非消耗電極アーク溶接方法において、先端
   部付近の断面形状が略長方形である非消耗電極か
   ら発生したアークに交番磁界を印加してアークを
   前記電極断面の長辺方向にオシレートさせなが
   ら、狭開先被溶接材の側面を充分に溶融する狭開
   先非消耗電極アーク溶接方法。 ２ 溶接トーチ内の電極保持機構に接触する部分
   の前記非消耗電極の断面形状が略円形である特許
   請求の範囲第１項に記載の狭開先非消耗電極アー
   ク溶接方法。 ３ 前記非消耗電極先端部付近の断面の長辺の両
   端部が面取りされている特許請求の範囲第１項に
   記載の狭開先非消耗電極アーク溶接方法。 ４ 前記溶加材にアークを発生させない程度に通
   電して溶加材を予熱しながら溶接を行う特許請求
   の範囲第１項に記載の狭開先非消耗電極アーク溶
   接方法。