JP2012187635A - エレクトロスラグ溶接法 - Google Patents

Abstract

【課題】エレクトロスラグ溶接部の接合強度が向上した破壊特性に優れたエレクトロスラグ溶接法を提供する。
【解決手段】第１の型２を第１の構造体１１と第２の構造体１２のそれぞれの底部に跨って密閉状に配置し、第２の型３、３が外側面１２２、１２２を夾持して第１の溶接面１１１に当接するように配置されると、上面視でラッパ状をなす溶融空間４が形成される。溶融空間４にフラックスを投入すると共に溶接ワイヤ５１を送ると、通電された溶接ワイヤ５１によって電気アークが発生され、該電気アークでフラックスを溶融し、溶融スラグ６１を作る。溶融スラグ６１によって溶接ワイヤ５１、第１の構造体１１及び第２の構造体１２を溶融して溶融金属６２を作る。溶融金属６２が空間４を充満してから、溶融金属６２を冷却すると、第１の構造体１１と第２の構造体１２とを接合した溶接金属６３が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エレクトロスラグ溶接法に関し、特に金属構造体同士の接合強度を向上させたエレクトロスラグ溶接法に関する。

従来より鋼板同士を溶接するために、とりわけ溶接施工の能率向上の観点から、エレクトロスラグ溶接法が広く用いられている。図９は、２つの鋼板９１、９２を接合するエレクトロスラグ溶接法の従来例を説明する図である。第１の鋼板９１と第２の鋼板９２とが所定の間隔をおいてＴ字状に配置され、その間隔に溶接金属９３を介在させてエレクトロスラグ溶接を行うことにより、第１の鋼板９１の溶接面９１１に第２の鋼板９２の溶接端面９２１を接合した。

このような接合構造において外力が作用した際には、溶接面９１１、溶接端面９２１のエレクトロスラグ溶接部に応力が集中し、そこに疲労亀裂が発生し、破壊特性が低下する問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、エレクトロスラグ溶接部の接合強度が向上した破壊特性に優れたエレクトロスラグ溶接法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、所定の第１の方向において間隔を空けて対向して配置された第１の構造体と第２の構造体とを接合する溶接方法であって、前記第１の構造体と前記第２の構造体との前記第１の方向と垂直の第２の方向の底部に跨って前記間隔に向って第１の型を配置し、前記第２の構造体の前記第１の方向と平行する２つの外側面を夾持して且つ前記第１の溶接面に当接するように２つの第２の型を配置し、２つの前記第２の型の少なくとも１つには、前記間隔側一部が斜めに切取られて前記第２の型の前記第２の構造体側第２の内面から前記第１の溶接面側の当接面に至る傾斜面が形成されており、前記第１の構造体の前記間隔側第１の溶接面と、前記第２の構造体の前記間隔側第２の溶接面と、前記第１の型の前記間隔に面する第１の内面と、前記第２の型のそれぞれの前記第２の内面とにより所定の空間を形成するステップと、前記空間にフラックスを投入すると共に通電した溶接ワイヤを送り、前記溶接ワイヤと前記第１の構造体或いは前記第２の構造体との間に電気アークを発生させ、該電気アークで前記フラックスを溶融して溶融スラグを作り、該溶融スラグにより前記溶接ワイヤ、前記第１の構造体及び前記第２の構造体を溶融して溶融金属を作るステップと、前記溶融金属が前記空間を充満するとき、前記溶融金属を冷却すると、第２の構造体から第１の構造体に向って径大になる傾斜側部を有し、前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合した溶接金属が形成されるステップとを含むことを特徴とするエレクトロスラグ溶接法を提供する。

本発明に係るエレクトロスラグ溶接法によれば、第１の構造体と第２の構造体は、第２の構造体から第１の構造体側に向って径大になる傾斜側部を有する溶接金属によって接合されているので、溶接金属の第１の構造体との接触を広くすることができる。従って、第１の構造体と第２の構造体の接合強度を高めることができる。

本発明に係るエレクトロスラグ溶接法の一例を説明するフローチャートである。 本発明に係るエレクトロスラグ溶接法を行うエレクトロスラグ溶接装置の一例を説明する断面図である。 図２の上面図である。 第２の型による配置例を示す上面図である。 他の第２の型による配置例を示す上面図である。 第２の型の構成を示す斜視図である。 他の第２の型の構成を示す斜視図である。 他の第２の型の構成を示す斜視図である。 従来例のエレクトロスラグ溶接法による接合鋼板を示す上面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。

図１〜３は、本発明に係るエレクトロスラグ溶接法の一例を説明する図である。

本発明に係るエレクトロスラグ溶接法は、第１の型２と第２の型３と溶接ワイヤ５１と制御ユニット７とを備えているエレクトロスラグ溶接装置によって行われ、Ｔの字形に配置された第１の構造体１１と第２の構造体１２とを接合する溶接法である。

図２、３に示すように、第１の構造体１１は、所定の第１の方向に間隔１０をおいて第２の構造体１２に対向する第１の溶接面１１１を有し、第２の構造体１２は、第１の方向に間隔１０をおいて第１の構造体１１に対向する第２の溶接面１２１を有する。第１の構造体１１と第２の構造体１２は、第１の方向と垂直する第２の方向にそれぞれ同一平面でない底部を有する。

第１の型２は、図２に示すように、間隔１０に向って第１の構造体１１と第２の構造体１２とのそれぞれの底部に跨って密閉状に配置されている。第１の型２は、間隔１０に向う内端面がすり鉢状の収容空間を形成し、その収容空間に例えば水分を含ませる陶磁器用粘土２３が充満しており、陶磁器用粘土２３が乾燥したことで間隔１０側表面が第１の型２の第１の内面２１として形成されている。なお、第１の内面２１は、陶磁器用粘土２３によって所要の形状に形成されることができるが、その必要がない場合、第１の型２は一つの平板体を用いてもよい。

２つの第２の型３、３は、図３に示すように、第２の構造体１２の２つの第１の方向と平行する外側面１２２、１２２を夾持して且つ第１の溶接面１１１に当接するように配置されている。２つの第２の型３、３のそれぞれの間隔１０側角部３１３、３１３が斜めに切取られて第２の型３の第２の構造体１２側第２の内面３１から第１の溶接面１１１側の当接面３２に至る傾斜面３１１が形成されている。なお、この例では、第２の構造体１２を夾持する２つの第２の型３、３の両方に傾斜面３１１、３１１を形成しているが、一方のみに形成してもよい。

第１の型２、第２の型３は、溶接熱源によって溶融されない緩衝材であり、半田により第１の構造体１１、第２の構造体１２に固く連結される。

以上により、第１の構造体１１の第１の溶接面１１１と、前記第２の構造体１２の第２の溶接面１２１と、第１の型２の第１の内面２１と、第２の型３、３の第２の内面３１、３１とから所定の溶融空間４が画成されている。

次に、図１に示されるように、本発明に係るエレクトロスラグ溶接法の手順を概略的に説明する。

ステップＳ０１では、第１の型２を、その収容空間が溶融空間４に向うように第１の構造体１１と第２の構造体１２のそれぞれの底部に跨らせ密閉状に配置する。第２の型３、３を、第２の構造体１２の外側面１２２、１２２を夾持して第１の溶接面１１１に当接するように配置する。このようにして、第１の溶接面１１１と第２の溶接面１２１と第１の内面２１と第２の内面３１と傾斜面３１１とにより、第２の溶接面１２１から第１の溶接面１１１に向って径大になっており上面視でラッパ状をなす溶融空間４が形成される。

ステップＳ０２では、溶融空間４にフラックス（図示せず）を投入すると共に、制御ユニット７を用いて溶接ノズル５２によって溶接ワイヤ５１を溶融空間４に送る。制御ユニット７による電力で溶接ワイヤ５１が通電されると、第１の構造体１１或いは第２の構造体１２との間に電気アークが発生し、該電気アークでフラックスを溶融し、溶融したフラックスによって溶接ワイヤ５１と第１の構造体１１と第２の構造体１２とを溶融する溶融スラグ６１を作る。

なお、溶接ワイヤ５１は制御ユニット７の送りローラ（図示せず）によって溶接ノズル５２を貫通するように送り出され、溶接ノズル５２によって送出位置を制御されることができる。また、フラックスの投入は、まず少しだけ入れて溶融させた後、溶融スラグ６１の液位が上昇し溶接ワイヤ５１に当たるまで所要の量を続けて添加するように行われる。なお、溶融スラグ６１の液位が溶接ワイヤ５１に当たるまで上がると、電気アークが発生しなくなることに注意されたい。

なお、溶融スラグ６１は高い抵抗値をもっており、溶接ワイヤ５１による電流によって發熱するので、制御ユニット７は、溶融スラグ６１の温度を、第１の構造体１１と第２の構造体１２及び溶接ワイヤ５１は溶融するが第１の型２と第２の型３は溶融しない例えば１７００〜２０００℃に保つように溶接ワイヤ５１への通電及び送りを制御することができる。

ステップＳ０３では、第１の構造体１１と第２の構造体１２及び溶接ワイヤ５１が溶融してできた溶融金属６２が溶融空間４を充満するまで溶接ワイヤ５１を継続して送る。溶接ワイヤ５１が溶融スラグ６１へ送られるとき、溶接ワイヤ５１への通電電圧を下げると、溶融スラグ６１によって溶融した溶接ワイヤ５１が溶融スラグ６１に落下して、溶融スラグ６１によって溶融した第１の構造体１１と第２の構造体１２と共に溶融金属６２を作る。

なお、溶接ワイヤ５１を溶融空間４に送るとき、制御ユニット７によって溶接ノズル５２を左右水平に振り動かすと、溶融した溶接ワイヤ５１を一箇所に集中せずに落すことができ、溶融金属６２に均一に散らすことができる。溶融金属６２を冷却すると、第１の構造体１１と第２の構造体１２とを接合した溶接金属６３が形成される。最後に、第１の型２と第２の型３、３を除去すると、第２の構造体１２から第１の構造体１１に向って径大になる傾斜側部６３０、６３０を有する溶接金属６３によって第１の構造体１１と第２の構造体１２とが強固に接合されているＴの字形構造が得られる。

なお、図示しないが、第２の型３としては、例えば水を流す中空部を有し、内部に連通するインレットホールとアウトレットホールとを設けたものを用いることができる。溶接を行う場合、制御ユニット７で操作することにより第２の型３を下側から上昇させながら、第２の型３内部に流れている水で溶融金属６２を冷却することができる。

以上のように、溶接金属６３によって接合された第１の構造体１１と第２の構造体１２は、溶接金属６３によって第１の構造体１１側に広く接触接合することができるので、溶接箇所の接合強度を高めることができる。

ここで、溶接金属６３による接合強度を良好にするために、第２の型３としては第１の溶接面１１１（当接面３２）に対してθ＝５〜８５°で傾く傾斜面３１１を有することが好ましい。また、溶接金属６３による接合強度を良好にするために、溶融空間４において、傾斜面３１１における第２の内面３１の切り落とし端の第１の溶接面１１１に対する距離をａとし、第１の溶接面１１１から第２の溶接面１２１に至る距離をｂとしたとき、ａ／ｂ＝０．１〜１．０を満たすことが好ましい。

図４、５は、本発明に係るエレクトロスラグ溶接法に用いられる第２の型の第１の構造体と第２の構造体に対する寸法を例示する図である。図４の例では、傾斜面３１１における第２の内面３１の切り落とし端の第１の溶接面１１１に対する距離ａが２０ｍｍ、第１の溶接面１１１から第２の溶接面１２１に至る距離ｂが２５ｍｍのとき、ａ／ｂ＝０．８であり、傾斜面３１１が第１の溶接面１１１に対してほぼ６３°傾いていることから、溶接金属６３の第１の溶接面１１１との接触が、第２の溶接面１２１が第１の溶接面１１１と直接接する場合と比べて２０ｍｍ広くなっている。

図５の例では、傾斜面３１１における第２の内面３１の切り落とし端の第１の溶接面１１１に対する距離ａが１０ｍｍ、第１の溶接面１１１から第２の溶接面１２１に至る距離ｂが２５ｍｍのとき、ａ／ｂ＝０．４であり、傾斜面３１１が第１の溶接面１１１に対してほぼ６３°傾いていることから、溶接金属６３の第１の溶接面１１１との接触が、第２の溶接面１２１が第１の溶接面１１１と直接接する場合と比べて１０ｍｍ広くなっている。

なお、図４、５の例において用いられた第２の型３としては、第２の内面３１からの高さが２５ｍｍ、当接面３２からの肉厚が５０ｍｍのものを用いている。

第２の型３は、図６に示されているように、間隔１０側の角部３１３を第２の内面３１から第１の溶接面１１１側の当接面３２にかけて切り欠いて第２の方向に延伸される傾斜面３１１が形成されているが、図７、８に示されているように角部３１３の一部を切り欠いて傾斜面３１４或いは３１５を有するように切欠きが形成されてもよい。

以上のように、本発明に係るエレクトロスラグ溶接法は、傾斜面３１１（３１４、３１５）を形成している第２の型３によって、第１の構造体１１へ向かって径大になる傾斜側部６３０を有する溶接金属６３が形成されるので、構造体同士の接合強度を大きく上げることができる。

本発明に係るエレクトロスラグ溶接法は、２つ以上の鋼板同士の接合に有用である。

１０ 間隔
１１ 第１の構造体
１１１ 第１の溶接面
１２ 第２の構造体
１２１ 第２の溶接面
１２２ 外側面
２ 第１の型
２１ 第１の内面
２３ 陶磁器用粘土
３ 第２の型
３１ 第２の内面
３１１ 傾斜面
３１３ 角部
３２ 当接面
４ 溶融空間
５１ 溶接ワイヤ
５２ 溶接ノズル
６１ 溶融スラグ
６２ 溶融金属
６３ 溶接金属
７ 制御ユニット
Ｓ ステップ

Claims (5)

1. 所定の第１の方向において間隔を空けて対向して配置された第１の構造体と第２の構造体とを接合する溶接方法であって、
   第１の型を、前記第１の構造体と前記第２の構造体との前記第１の方向と垂直の第２の方向の底部に跨って前記間隔に向って配置し、２つの第２の型を、前記第２の構造体の前記第１の方向と平行する２つの外側面を夾持して且つ前記第１の型の前記間隔側第１の溶接面に当接するように配置し、２つの前記第２の型の少なくとも１つには、前記間隔側一部が斜めに切取られて前記第２の型の前記第２の構造体側第２の内面から前記第１の溶接面側の当接面に至る傾斜面が形成されており、前記第１の溶接面と、前記第２の構造体の前記間隔側第２の溶接面と、前記第１の型の前記間隔に面する第１の内面と、前記第２の内面とにより所定の空間を形成するステップと、
   前記空間にフラックスを投入すると共に通電した溶接ワイヤを送り、前記溶接ワイヤと前記第１の構造体或いは前記第２の構造体との間に電気アークを発生させ、該電気アークで前記フラックスを溶融して溶融スラグを作り、該溶融スラグにより前記溶接ワイヤ、前記第１の構造体及び前記第２の構造体を溶融して溶融金属を作るステップと、
   前記溶融金属が前記空間を充満するとき、前記溶融金属を冷却すると、前記第２の構造体から前記第１の構造体に向って径大になる傾斜側部を有し、前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合した溶接金属が形成されるステップと
   を備えていることを特徴とするエレクトロスラグ溶接法。
2. ２つの前記第２の型のそれぞれには、前記第２の溶接面から前記第１の溶接面に向って外側に傾いた前記傾斜面が設けられており、
   前記空間としては、前記傾斜面によって前記第２の溶接面から前記第１の溶接面に向って径大になるラッパ形状に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接法。
3. 前記傾斜面は、前記第２の型の前記間隔に向かう前記第２の内面側の角部を切り落として形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接法。
4. 前記傾斜面は、前記第１の溶接面に対して５°〜８５°の角度を有することを特徴とする
   請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接法。
5. 前記空間において、前記傾斜面における前記第２の内面の切り落とし端の前記第１の溶接面に対する距離をａとし、前記第１の溶接面から前記第２の溶接面に至る距離をｂとするとき、ａ／ｂ＝０．１〜１．０を満たすことを特徴とする
   請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接法。

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