JPH0871755A - アルミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 片絞り構造とするための屈折部を形成したア
ルミ合金よりなる一方の被溶接板と、アルミ合金よりな
る他方の被溶接板とにより片絞り構造の突合せ片側溶接
継手を構成し、その溶接継手の開先部を溶込み不足等の
溶接欠陥をほとんど生じることなく１パスにてミグ溶接
することができるようにすること。 【構成】 屈折部１１ａを有しない方の被溶接板１２の
開先面として、従来のＩ形開先面（垂直開先面）に代え
て、前記一方の被溶接板１１の屈折部１１ａに向けて傾
斜し、板表面（水平面）とのなす角度θが３０〜６０度
であり、かつ、板表面からの深さ寸法ｄが被溶接板２の
板厚寸法ｔの二分の一以上である傾斜開先面１２ａを有
する開先面を形成する。開先ルート部（開先底部）をア
ークによって十分に溶かすことができ、開先部を溶込み
不足や溶落ち等の溶接欠陥をほとんど生じることなく１
パスにてミグ溶接することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム合金よ
りなる二つの被溶接板により開先部を有する片絞り構造
の突合せ片側溶接継手を構成し、その突合せ片側溶接継
手の開先部を１パスにてミグ溶接するようにした、アル
ミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、板厚が５ｍｍ以下の薄いアル
ミニウム合金部材同士を溶接接合するに際しては、この
二つの被溶接板で片絞り又は両絞り構造の突合せ片側溶
接継手を構成し、その突合せ片側溶接継手の開先部を１
パスにてミグ溶接するようにした突合せ片側溶接が行わ
れている。例えば、家庭用ＬＰガスボンベのような厚み
の薄いアルミニウム合金製圧力容器においては、その製
作にあたり、円筒形の胴板に半球形の鏡板を取り付ける
ために前記両板により開先部を有する片絞り構造の突合
せ片側溶接継手を構成し、この突合せ片側溶接継手の開
先部を１パスのミグ溶接による突合せ片側溶接すること
が行われている。なお、本明細書では、「アルミニウム
合金」は、いわゆる工業用純アルミニウム（ＪＩＳ・Ａ
１０００系）をも含む意味で使用している。

【０００３】図６は従来における片絞り構造の突合せ片
側溶接継手の継手形状（開先部形状）を示す図、図７は
従来における他の片絞り構造の突合せ片側溶接継手の継
手形状（開先部形状）を示す図である。

【０００４】従来の突合せ片側溶接方法では、図６ある
いは図７に示すように、板厚が５ｍｍ以下でアルミニウ
ム合金よりなる二つの被溶接板２１，２２の一方の被溶
接板２１の端部を内側に斜めに曲げたのち他方の被溶接
板２２の裏面に沿うように曲げ、他方の被溶接板２２を
その板切りのままのＩ形開先面（垂直開先面）２２ａが
前記一方の被溶接板２１の斜めに曲げた屈折部２１ａに
相対向するように前記一方の被溶接板２１に重ね合わせ
て配することにより、一方の被溶接板２１の屈折部２１
ａと他方の被溶接板２２のＩ形開先面２２ａとの間に開
先部２３を形成してなる片絞り構造の突合せ片側溶接継
手を構成し、この溶接継手の開先部２３を下向き姿勢で
１パスにてミグ溶接するようにしている。なお、図７で
は、屈折部２１ａを有する被溶接板２１は、その先端部
がさらに内側に斜めに曲げられている。また、二つの被
溶接板２１，２２の板厚は同じである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した従
来のアルミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法では、
被溶接板が、鋼に比べて熱伝導率が約４倍で比熱が約１
／２であるため溶接による溶融域が狭いアルミニウム合
金よりなり、しかもその板厚が５ｍｍ以下と薄いために
溶落ちの心配があって溶接電流を十分に大きくできず、
図８に示すように、開先ルート部（開先底部）に、強度
低下を招く溶込み不足（融合不足）がしばしば発生し、
溶接部の強度が低下するということがあった。強度の改
善のためだけであれば、コスト高にはなるが、板厚を増
したり突合せを両絞りにしたりすることでも対応可能で
ある。しかし、圧力容器などのように溶接部のＸ線検査
が義務付けられている場合、例え強度的には問題のない
溶接欠陥であっても不合格になるため、強度もさること
ながら、溶接欠陥を可能な限りなくすこと自体が重要に
なっている。

【０００６】そこでこの発明は、アルミニウム合金より
なる二つの被溶接板により開先部を有する片絞り構造の
突合せ片側溶接継手を構成し、その溶接継手の開先部
を、溶込み不足等の溶接欠陥をほとんど生じることなく
１パスにてミグ溶接することができるようにした、アル
ミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明によるアルミニウム合金部材の突合せ片
側溶接方法は、アルミニウム合金よりなる二つの被溶接
板の一方の被溶接板の端部を内側に斜めに曲げたのち他
方の被溶接板の裏面に沿うように曲げ、他方の被溶接板
をその開先面が前記一方の被溶接板の斜めに曲げた屈折
部に相対向するように配して、前記一方の被溶接板の屈
折部と前記他方の被溶接板の開先面との間に開先部を形
成してなる片絞り構造の突合せ片側溶接継手を構成し、
この溶接継手の前記開先部を１パスにてミグ溶接するア
ルミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法において、前
記他方の被溶接板の前記開先面として、前記一方の被溶
接板の屈折部に向けて傾斜し、板表面とのなす角度が３
０〜６０度であり、かつ、板表面からの深さ寸法が前記
他方被溶接板の板厚寸法の二分の一以上である傾斜開先
面を有する開先面を形成し、この開先面と前記一方の被
溶接板の屈折部との間に形成された開先部を１パスにて
ミグ溶接することを特徴とする。

【０００８】

【作用】図５はこの発明による突合せ片側溶接方法に係
る片絞り構造の突合せ片側溶接継手の継手形状（開先部
形状）を示す図である。この発明によるアルミニウム合
金部材の突合せ片側溶接方法では、図５に示すように、
片絞り構造とするために端部を内側に斜めに曲げて屈折
部１１ａが形成されたアルミニウム合金よりなる一方の
被溶接板１１とアルミニウム合金よりなる他方の被溶接
板１２とにより、開先部を有する片絞り構造の突合せ片
側溶接継手を構成するに際し、前記他方の被溶接板１２
の開先面として、従来における板切りのままのＩ形開先
面（垂直開先面）に代えて、前記一方の被溶接板１１の
屈折部１１ａに向けて傾斜し、板表面（水平面）とのな
す角度θが３０〜６０度であり、かつ、板表面からの深
さ寸法ｄが被溶接板２の板厚寸法ｔの二分の一以上であ
る傾斜開先面１２ａを有する開先面を形成し、この傾斜
開先面１２ａを有する開先面と前記屈折部１１ａとの間
に形成された開先部１３を１パスにてミグ溶接するよう
にしている。なお、この発明による溶接方法の適用対象
板厚は、５ｍｍ以下である。

【０００９】このように、片絞り構造とするための屈折
部１１ａを有しない方の被溶接板１２に、前記のような
傾斜開先面１２ａを有する開先面を形成することによ
り、溶接電流値が従来と同一であっても、開先ルート部
（開先部１３の底部）をアークによって十分に溶かすこ
とができ、開先部１３を溶込み不足等の溶接欠陥をほと
んど生じることなく１パスにてミグ溶接することができ
る。

【００１０】前記傾斜開先面１２ａが板表面とのなす角
度θは、６０〜３０度の範囲がよい。前記角度θが６０
度を超えて垂直に近づくと、開先ルート部にアークがと
どきにくく開先ルート部をアークによって十分に溶融で
きにくくなり、開先ルート部に溶込み不足による溶接欠
陥が発生しやすくなるためであり、３０度より小さくな
って傾斜開先面１２ａが水平に近づくと、溶落ちが発生
するようになるためである。なお、開先断面積が従来に
比較して増えることによる溶接能率の低下を防ぐ観点か
ら、前記角度θは、好ましくは６０〜４５度の範囲が最
適である。

【００１１】また、前記傾斜開先面１２ａの板表面から
の深さ寸法ｄは、被溶接板１２の板厚寸法をｔとする
と、ｄ≧（ｔ／２）であることがよい。ｄ＜（ｔ／２）
であると、傾斜開先面１２ａを形成した効果が発揮され
ず、開先ルート部をアークによって十分に溶融できにく
くなり、開先ルート部に溶込み不足による溶接欠陥が発
生しやすくなるためである。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明による溶接方法に係る図であって、アル
ミニウム合金よりなる円筒形の胴板とアルミニウム合金
よりなる半球形の鏡板とによって構成した片絞り構造の
突合せ片側溶接継手の継手形状（開先部形状）を示す
図、図２はこの発明による溶接方法が適用される家庭用
ＬＰガスボンベの構造を示す図である。

【００１３】この発明による溶接方法が適用されるアル
ミニウム合金製の家庭用ＬＰガスボンベは、図２に示す
ように、胴部と上下鏡部よりなる３ピース構造となって
おり、縦溶接（長手溶接）を行って製作された円筒形を
なす胴板１の一方の端に、半球形をなす上側の鏡板２を
円周溶接して接合し、さらに前記胴板１の他方の端に深
皿状をなす下側の鏡板２′を円周溶接して接合してなる
ものである。この実施例では、この発明による溶接方法
により、円筒形の胴板１と上側の鏡板２との接合及び胴
板１と下側の鏡板２′との接合を行い、板厚２．５ｍ
ｍ、長さ約５００ｍｍ、胴部直径約２００ｍｍであり、
ＪＩＳ・Ａ５０８３−Ｏ材よりなる家庭用ＬＰガスボン
ベを実験的に製作し、その突合せ片側溶接継手溶接部の
Ｘ線検査を行うとともに、内圧による破壊試験を実施し
て継手の耐圧強度を求めた。

【００１４】前記円筒形の胴板１と半球形の上側の鏡板
２とによる片絞り構造の突合せ片側溶接継手について説
明すると、図１に示すように、片絞り構造とするため胴
板１の端部を内側に斜めに曲げたのち鏡板２の裏面に沿
うように曲げ、鏡板２をその傾斜開先面２ａを有する開
先面が前記胴板１の斜めに曲げた屈折部１ａに相対向す
るように前記胴板１に重ね合わせて配することにより、
胴板１の屈折部１ａと鏡板２の傾斜開先面２ａを有する
開先面との間に開先部３を形成してなる片絞り構造の突
合せ片側溶接継手を構成した。なお、胴板１と下側の鏡
板２′とによる片絞り構造の突合せ片側溶接継手の構成
も同じである。図１において、θは傾斜開先面が鏡板表
面（水平面）となす角度（傾斜開先角度）を示し、ｄは
傾斜開先面２ａの鏡板表面からの深さ寸法（傾斜開先深
さ寸法）を示している。なお、鏡板２及び胴板１の板厚
ｔは、この実施例では２．５ｍｍである。

【００１５】このような突合せ片側溶接継手を持つワー
クを用意し、傾斜開先角度θ及び傾斜開先深さ寸法ｄを
パラメータとして、その開先部３を１パスにてミグ溶接
した。溶接は、半自動溶接機を用い、溶接トーチを固定
してワークを一定速度で回転させながら行った。溶接条
件は、溶接姿勢：下向き溶接、溶接用ワイヤ直径：１．
２ｍｍ、シールドガス：アルゴンガス、溶接電流：約１
００Ａ、溶接電圧：約２０Ｖ、溶接速度：約６０ｃｍ／
分、とした。

【００１６】図３は、傾斜開先角度とＸ線検査結果との
関係、及び傾斜開先角度と耐圧試験結果との関係を示す
図である。この図３は、傾斜開先深さ寸法ｄをｄ＝（３
／４）・ｔとなるように一定に設定し、傾斜開先角度θ
を変えた場合の結果を示している。なお、図３における
Ｘ線検査等級の値は、ワーク一体について上下合計８箇
所におけるＸ線検査等級値を平均した値である。

【００１７】図３に示すように、開先部３の溶込み不
足、特に開先ルート部における溶込み不足の有無を表す
Ｘ線検査等級の値は、傾斜開先角度θが垂直よりも小さ
くなるに従って改善され、６０度になるとＸ線検査合格
ラインである２級のレベルに達した。傾斜開先角度θが
６０度より大きくなり垂直に近づく領域では、開先ルー
ト部にアークがとどきにくく開先ルート部をアークによ
って十分に溶融できにくくなり、開先ルート部に溶込み
不足による溶接欠陥が発生しやすくなってＸ線検査等級
値が悪くなるものと考えられる。そして、傾斜開先角度
θが３０度より小さくなって傾斜開先面２ａが水平に近
づく領域では、溶落ちが発生するようになった。

【００１８】また、耐圧強度は、図３に示すように、傾
斜開先角度θが９０度より小さくなって７５度と６０度
の間で改善されて大きくなり、６０〜３０度の範囲では
ほぼ母材（非溶接部）で破壊するようになった。そして
傾斜開先面角度θが３０度より小さくなると、この溶接
条件では溶着量が不足して開先部３を完全に埋めること
ができず、耐圧強度は急激に低下した。

【００１９】このように、傾斜開先面角度θとしては、
６０〜３０度の範囲がよく、より好ましくは、開先断面
積が従来に比較して増えることによる溶接能率の低下を
防ぐ観点から、６０〜４５度の範囲が最適であるという
ことがわかった。

【００２０】図４は、傾斜開先深さ寸法とＸ線検査結果
との関係、及び傾斜開先深さ寸法と耐圧試験結果との関
係を示す図である。この図４は、傾斜開先角度θをθ＝
４５度となるように一定に設定し、傾斜開先深さ寸法ｄ
を変えた場合の結果を示している。なお、図４における
Ｘ線検査等級の値は、ワーク一体について上下合計８箇
所におけるＸ線検査等級値を平均した値である。

【００２１】図４に示すように、Ｘ線検査等級値は、傾
斜開先深さ寸法ｄが大きくなるに従って改善され、傾斜
開先深さ寸法ｄが板厚寸法ｔの二分の一になるとほぼ２
級のレベルに達した。また、耐圧強度は、同様に傾斜開
先深さ寸法ｄが大きくなるに従って改善され、傾斜開先
深さ寸法ｄが板厚寸法ｔの二分の一になるとほぼ母材強
度に達した。

【００２２】このように、傾斜開先深さ寸法ｄとして
は、板厚寸法ｔの二分の一以上〔ｄ≧（ｔ／２）〕がよ
いということがかわった。ｄ＜（ｔ／２）であると、傾
斜開先面２ａを形成した効果が発揮されず、開先ルート
部をアークによって十分に溶融できにくくなり、開先ル
ート部に溶込み不足による溶接欠陥が発生しやすくなる
ものと考えられる。

【００２３】以上のように、片絞り構造とするための屈
折部を有しない方の被溶接板に、この実施例では鏡板２
に、従来の板切りのままのＩ形開先面（垂直開先面）に
代えて傾斜開先面２ａを有する開先面を形成し、その傾
斜開先面２ａについて鏡板表面となす角度θを３０〜６
０度に設定するとともに、鏡板表面からの深さ寸法ｄを
鏡板板厚の二分の一以上に設定することにより、片絞り
構造の突合せ片側溶接継手の開先部３を溶込み不足や溶
落ち等の溶接欠陥をほとんど生じることなく１パスにて
ミグ溶接することができ、良好なＸ線検査結果及び耐圧
試験結果が得られた。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によるアル
ミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法によると、片絞
り構造とするための屈折部を形成したアルミニウム合金
よりなる一方の被溶接板と、従来の板切りのままのＩ形
開先面（垂直開先面）に代えて傾斜開先面を有する開先
面を形成したアルミニウム合金よりなる他方の被溶接板
とにより片絞り構造の突合せ片側溶接継手を構成し、前
記屈折部と前記傾斜開先面を有する開先面との間に形成
された開先部を１パスにてミグ溶接するようにしたもの
であるから、開先ルート部（開先底部）をアークによっ
て十分に溶かすことができ、開先部を溶込み不足や溶落
ち等の溶接欠陥をほとんど生じることなく１パスにてミ
グ溶接することができ、従来方法に比べて溶接欠陥に起
因する手直しに要する労力と時間を大幅に減らすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による溶接方法に係る図であって、ア
ルミニウム合金よりなる円筒形の胴板とアルミニウム合
金よりなる半球形の鏡板とによって構成した片絞り構造
の突合せ片側溶接継手の継手形状（開先部形状）を示す
図である。

【図２】この発明による溶接方法が適用される家庭用Ｌ
Ｐガスボンベの構造を示す図である。

【図３】傾斜開先角度とＸ線検査結果との関係、及び傾
斜開先角度と耐圧試験結果との関係を示す図である。

【図４】傾斜開先深さ寸法とＸ線検査結果との関係、及
び傾斜開先深さ寸法と耐圧試験結果との関係を示す図で
ある。

【図５】この発明による突合せ片側溶接方法に係る片絞
り構造の突合せ片側溶接継手の継手形状（開先部形状）
を示す図である。

【図６】従来における片絞り構造の突合せ片側溶接継手
の継手形状（開先部形状）を示す図である。

【図７】従来における他の片絞り構造の突合せ片側溶接
継手の継手形状（開先部形状）を示す図である。

【図８】突合せ片側溶接継手において開先ルート部に溶
込み不足欠陥が発生した様子を示す図である。

【符号の説明】 １…胴板 １ａ…屈折部 ２…上側の鏡板 ２ａ…傾斜
開先面 ２′…下側の鏡板 ３…開先部 １１，１２…
被溶接板 １１ａ…屈折部 １２ａ…傾斜開先面 １３
…開先部 θ…傾斜開先角度 ｄ…傾斜開先深さ寸法

フロントページの続き (72)発明者 萩原 修士 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 福田 和博 鳥取県倉吉市海田東町112番地 神鋼機器 工業株式会社内 (72)発明者 山崎 重三 鳥取県倉吉市海田東町112番地 神鋼機器 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金よりなる二つの被溶接
   板の一方の被溶接板の端部を内側に斜めに曲げたのち他
   方の被溶接板の裏面に沿うように曲げ、他方の被溶接板
   をその開先面が前記一方の被溶接板の斜めに曲げた屈折
   部に相対向するように配して、前記一方の被溶接板の屈
   折部と前記他方の被溶接板の開先面との間に開先部を形
   成してなる片絞り構造の突合せ片側溶接継手を構成し、
   この溶接継手の前記開先部を１パスにてミグ溶接するア
   ルミニウム合金部材の突合せ片側溶接方法において、 前記他方の被溶接板の前記開先面として、前記一方の被
   溶接板の屈折部に向けて傾斜し、板表面とのなす角度が
   ３０〜６０度であり、かつ、板表面からの深さ寸法が前
   記他方被溶接板の板厚寸法の二分の一以上である傾斜開
   先面を有する開先面を形成し、この開先面と前記一方の
   被溶接板の屈折部との間に形成された開先部を１パスに
   てミグ溶接することを特徴とするアルミニウム合金部材
   の突合せ片側溶接方法。