JPH10193113A

JPH10193113A - 薄板突合せ溶接のニッキング防止方法

Info

Publication number: JPH10193113A
Application number: JP35114296A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sakuma; 潔佐久間
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】薄板の突合せ溶接で、溶接継ぎ手の始端部と
終端部で周囲の個体部に溶融池が引き寄せられて穴のあ
くニッキング現象を、溶接アークを遮る工夫で突合せ溶
接部のメタル分離を防止し、かつ胴製品の縁曲げに影響
のでない溶接継ぎ手の端から１ｍｍ以内に溶接ビードの
始端部と終端部を形成する管縦継ぎ手溶接を高能率にし
かも高品質に施工する。【解決手段】薄板溶接母材の溶接突合せ開先部両端
を、溶接アーク走行路に半導性ファインセラミックス板
を接合した凹型アークシャッターと該開先部内面に位置
する銅製裏当て上面平坦部で挟み込み、溶接突合せ開先
端部を溶融せしめる溶接アークを部分遮蔽しつつ溶接す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電気洗濯槽あるい
はジャー、ポット等の家庭電化製品または家庭用品に代
表される薄板鋼板の大、中、小型の胴または筒形に加工
成形する際の管縦継ぎ手薄板溶接技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に板厚０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程
度の薄板を突合せ溶接する場合、溶加棒は使用されな
い。即ち、この場合裏波を出す必要上、溶接ビード表面
部に余盛不足状態様のへこみが発生してしかるべきであ
るが、母板が薄く、かつ母板は小入熱で容易に熱膨張す
るために、アンダービードは発生しない。但し、このよ
うな健全ビードを確保するにはいくつかの必要十分条件
がある。即ち、母板板厚に対し適正な溶接条件を適用し
ていること、また該母板セッティングに際し溶接線全線
に渡り目違いがほとんどなく、かつ互いの開先面には適
度の加圧力が付加され密着性が良いこと、さらに溶接環
境が整備されていること等々の条件が完備されて初めて
健全な溶接が実現できることは言うまでもない。

【０００３】しかしながら、溶接環境を究極なまでに整
備しても被溶接材が薄板であるがゆえにつきまとう非常
に厄介な問題がある。即ち、薄板突合せ継手をアーク溶
接する際に、継ぎ手の始端部と終端部で周囲の個体部に
溶融池が引き寄せられて必ず穴があいてしまうこと（ニ
ッキング）である。これに対する簡便な防止策としては
始端部、終端部にそれぞれタブ板を設置し、かつ安全策
としてつなぎ目をスポット的に溶接しておく方法があ
り、このことによりアークを渡す橋ができ万全である
が、手間がかかり過ぎ現実的ではない。

【０００４】そこで、前記ニッキング現象を回避するた
めに実際に行っている方法は、継ぎ手始端部、あるいは
終端部から３〜４ｍｍ程度距離内側からアークスタート
またはアークストツプすることとし、しかも溶接電流を
アップスロープ、ダウンスロープ制御しつつスタート
部、クレータ部に穴をあけない工夫をしているのが現状
である。また、一般的に薄板の補修作業は難しく、穴あ
き状態を許容してしまうと補修作業に多大の時間を要す
るばかりか、熱履歴から溶接変形の発生等商品価値の低
下を招き、最悪の場合には溶接線全体から見てごく一部
に発生した溶接欠陥のために商品を廃棄処分にするケー
スが多い。

【０００５】さて、現状のステンレス鋼薄板０．６ｔを
使用した洗濯槽の溶接状態について一例をあげると、図
１に示す如く、アークスタート側の未溶接部長さは１．
５〜２．０ｍｍ程度であり、アークストップ側の未溶接
部長さは３．０〜３．５ｍｍ程度が一般的である。加え
て洗濯槽の製造工程によれば板端から２〜３ｍｍ程度で
端部を縁曲げ加工することから溶接ビード形成始端部と
終端部が縁曲げ時の頂点にかかってしまい、曲げ成形時
に溶接ビード割れの発生点となり、大きな問題となって
いる。それゆえに薄板のニッキング防止法に関し決定的
解決策がないながらも前記縁曲げ加工に影響のでない、
即ち溶接ビード割れの発生点とならない十分な長さの健
全ビードを形成できる溶接技術を適用しなければならな
い。

【０００６】特開昭５２−９９９４１号公報には、プレ
ス内抜き加工された薄板鋼板の積層コアの製作に際し、
積層した被溶接材の溶接部を突起状に加工して両端部に
銅製当て金を固定し、その当て金部でＴＩＧまたはプラ
ズマアークを発生させ、突起状開先部を溶融溶接しつつ
他端の当て金部でアークを停止する方法により溶接部両
端部を含め均一な溶け込みを有する良好な積層コアを製
作する溶接方法が開示されている。

【０００７】しかしながら、特開昭５２ー９９９４１号
公報に記載された積層コアの製作方法では、数多い薄板
を重ね合わせることにより被溶接材が束状となり、塊状
となって一体化し、かつ該溶接材に突起状開先を加工し
てその突起部を溶融溶接するという、いわゆる、おがみ
溶接様の溶接形態である。また、該溶接材の両端部に固
定した銅製当て金の使用用途は、本発明に示す突合せ継
手にニッキングを防止するために供した伝導性材料（以
下、アークシャッターと言う）の使用用途とは根本的に
差異がある。

【０００８】さらに、前記した現在の洗濯槽の溶接例で
は、前記ニッキング現象を防止するために板端から十分
余裕をもってアークスタートし、かつアークストップし
なければならない結果、スタート側に１．５〜２．０ｍ
ｍ程度、クレータ側に３．０〜３．５ｍｍ程度の長さを
未溶接部として残すために、縁曲げ加工時の溶接ビード
割れの発生点となる重大な溶接欠陥を誘引する溶接形態
となっている。

【０００９】さらに、本発明者は、板厚４．４ｍｍのフ
ェライト系ステンレス鋼のアークスタート側およびアー
ククレータ側における未溶接部の最小限界長さ１．０ｍ
ｍを確保するためには、溶接アークの発生の０．０５秒
後にアークの移動を開始しなければならないという非常
に短い時間を制御して初めて健全な溶接ビード端部を得
ることができることを確認している。しかしながら開先
面の精度、バラツキや母板のセッティング状態、溶接環
境の状態等々溶接前工程における人為的、機械的な不備
を考えると１００％の再現性は期待できない。

【００１０】特開昭５２−９９９４１号公報には、プレ
ス内抜き加工された薄板鋼板の積層コアの製作に際し、
被溶接材の両端部に銅製当て金を固定し、その当て金部
でＴＩＧまたはプラズマアークを発生させ、突起状開先
部を溶融溶接しつつ、他端の当て金部で停止する方法に
より、被溶接材の両端部では密着固定した銅製当て金部
が冷却緩和と熱の反射防止の作用を担い、その結果溶接
部全線に渡り均一な溶け込みを有する良好な積層コアを
製作する溶接技術が開示されている。

【００１１】しかしながら、該公報に記載された被溶接
材両端部に密着固定した銅製当て金の活用効果は、アー
クが被溶接材に移動する際の過度のアーク熱の吸収と緩
和が目的であり、また工夫した被溶接材の開先形状もア
ークが最も強いアーク中心部が当たる箇所を突起状にし
た、いわゆるおがみ溶接形態であり、本発明が目的とす
るニッキング現象防止を対象としていない。また前記洗
濯槽等における溶接状態の如く、現状溶接技術では縁曲
げ成形時の溶接ビード割れの危険性防止策は未だ解決さ
れないままである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】これらのことから、本
発明は、電気洗濯槽あるいはジャー、ポット等の家庭電
化製品または家庭用品に代表される大、中、小型胴また
は筒型に加工成形する薄板鋼板の管縦継ぎ手溶接におい
て、タブ板あるいは該接合工程さらには該撤去工程を省
略し、薄板突合せ溶接における開先始端部と終端部に発
生するニッキング現象を防止しつつ、溶接線全線に渡
り、安定した十分な裏波形成が適正本電流によってなさ
れる溶接方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記課題を解決す
るものであって、薄板突合せ溶接において、開先始端部
および終端部を難溶性かつ導電性材料で覆い溶接熱源を
局所遮蔽し、該突合せ開先始端部外の十分な長さまで延
長せしめたアークシャッター上で溶接を開始し、同様の
手段を講じた該突合せ開先終端部外で溶接を終了し、始
端部と終端部に発生するニッキングを防止することを特
徴とする薄板突合せ溶接のニッキング防止方法である。
また板厚０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの薄板を溶接電流４Ａ
〜４５０Ａで溶接し、始終端両部で安定した裏波形成を
することを特徴とする薄板突合せ溶接のニッキング防止
方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者は、前記課題を解決する
ために開先始端部、終端部において従来のタブ板と同様
の効果を発揮できる方法について種々の実験を行い、検
討した結果、溶接線の一部を銅製薄板で覆い、該銅製薄
板上から溶接アークを発生させ、そのまま溶接線へ移行
する場合と、溶接線を移行する溶接アークをそのまま該
銅製薄板上へ移行させた場合とでそのいずれにおいても
該銅製薄板下の溶接開先面が溶融せず、きれいに残って
いること、かつ該銅製薄板の境界にあたる溶接ビードの
始端部と終端部が凝固割れの発生しにくい凝固形態にあ
ることを確認した。また、ある程度の溶接環境を整備す
るだけでこれまでよりもはるかに高能率に、かつ高品質
の溶接継手を製作できる知見を得た。本発明は、これら
の知見に基づいてなされたものである。

【００１５】まず、本発明で規定する溶接熱源、即ち溶
接アークを遮蔽する限定理由について説明する。前記従
来の技術の項で説明したとおり、ニッキング現象は溶接
継手の始端部と終端部で溶融池が周囲の固体部に引き寄
せられて発生するが、発明者らの確認実験によれば、
０．５ｍｍｔの平板突合せ溶接において溶接速度３．３
ｍ／ｍｉｎでの適正電流による溶接では、アークスター
ト側で１１．０〜２４．０ｍｍ、アークストップ側では
５．０〜１０．５ｍｍ程度の穴があく。この現象を防止
する従来方法としては、溶接継手部両端にタブ板を設置
するか、あるいは溶接継手部両端から各々３〜４ｍｍ内
側に入ったところからアークスタートまたはアークスト
ップする方法が一般的である。

【００１６】しかしながら、本発明が示すように、溶接
継手開先の始端部および終端部の一部長さを局所遮蔽す
ることによりニッキング現象を防止することができる。
即ち、図２にもとづいて説明すれば、水冷却５されたス
タート側アークシャッター２上で本溶接アークを発生し
たＴＩＧトーチ２０は該アークシャッター２上を矢印の
方向へ進む。このとき溶接アークが発生している該アー
クシャッター２は難溶性材料であるうえ十分に水冷却さ
れているので溶接アークの熱量を完全に吸収することが
でき溶融することはない。

【００１７】また、さらにＴＩＧトーチ２０が移動し母
材挟み口３に達したときには上部挟み口８が本溶接アー
クを母材１の始端部から遮蔽しつつ該アーク熱を吸収し
てしまうので該挟み口８直下に位置する母材１の始端部
は溶融することなく溶接前の健全な素材状態で残る。加
えて下部挟み口９が存在するので溶接アーク熱による局
部的な伸び、広がり、押し下げを防止する。つぎに本溶
接アークは上部挟み口８を通り越すやいなや母材１の開
先部に直接作用し通常の溶接状態となり表ビード２２を
形成すると同時に裏ビード２３を形成し健全な溶接ビー
ドを形成する。よって継手開先の一部長さを局所遮蔽す
る。

【００１８】また、アークシャッターの材質について
は、該アークシャッターが溶接アークに直接さらされる
ことから、その性質は導電性、熱伝導性、耐久性を合わ
せ持つ必要がある。材料によっては水冷却の効果のみで
かなり有効なものもあり得るが、これら３要素が揃って
いない材質であると、溶接アークの発生が困難であった
り、溶接アークにより瞬時に蒸発したり、溶接継手開先
部との境界でニッキング様の現象が起こり再使用困難と
なり、遮蔽効果を失う結果となる。よってアークシャッ
ターの材質を難溶性かつ導電性材料に限定した。

【００１９】さらに好ましいものとして、シリコンナイ
トライド、カーボランダムなど半導性ファインセラミッ
クスが有効である。加えて、溶接電流が既にアークシャ
ッター上で本電流に設定され、そのまま溶接継手開先へ
移行し、かつ離脱することから、通常の溶接におけるビ
ードにスタート部とクレータ部が存在しない形態となる
ため、とくに、クレータ部に発生し易い凝固割れの心配
が全くない。よって開先部に形成される溶接ビードは、
溶接部全線が本電流によって形成されることを限定し
た。その具体的な値として板厚０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ
のとき溶接電流４Ａ〜４５０Ａである。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）図３は、被溶接材である母材１の両端に本
発明の簡易式アークシャッター２、４を設置した模式図
である。同図によって説明すれば、母材１の一端にスタ
ート側アークシャッター２を母材挟み口３に示す如く設
置し、該アークシャッター上で本電流の溶接アークを発
生させ、そのまま母材１へ移行する。さらに該母材１の
他端にクレータ側アークシャッター４を該母材挟み口３
に示す如く設置し、該母材１突合せ開先面を通過した溶
接アークをそのままのアーク長で該アークシャッター４
上へ導きアークストップする。即ち、スタート側アーク
シャッター２上で発生した溶接アークの電流値は、初め
から終わりまで本電流のままであり、スタート部、クレ
ータ部を含む溶接ビードは該本電流で形成されることを
示している。

【００２１】（実施例２）図４は、簡易式アークシャッ
ター例を示す。同図において、図４（ａ）は冷却水５を
循環させてアーク熱を吸収する方式の銅製アークシャッ
ターである。母材１の厚みが０．５ｍｍｔの場合を例に
とって説明すれば、６はアークシャッター上部、７はア
ークシャッター下部、８は上部挟み口厚、９は下部挟み
口厚であり、適正な各部寸法を提示すれば母材挟み口高
さ１０は０．６ｍｍ程度とし、母材挟み口深さ１１は図
１に示す実験結果から０．６ｍｍ程度とする。また、上
部挟み口厚８は０．５ｍｍ程度とし、この場合のタング
ステン電極高さはアークシャッター上では最小０．２ｍ
ｍ以上の間隙が必要であることから突合せ開先面１から
は０．７ｍｍ以上に設定することになるが、この数値で
あれば自動電圧制御装置を使わなくても０．５ｍｍｔ薄
板を突合せ溶接する場合において、１６．５ｍ／ｍｉｎ
以上での溶接が可能である。

【００２２】図４（ｂ）は図４（ａ）銅製アークシャッ
ターにおけるアークシャッター上部６の耐熱性、耐久性
を究極なまでに高めたものである。即ち、アークシャッ
ター下部７、上部挟み口厚８、下部挟み口厚９、母材挟
み口高さ１０、母材挟み口深さ１１は同一とし、アーク
シャッター上部６を２層構造に改良した。詳細に説明す
れば、アークシャッター上部６は、該下面１２（母材挟
み口先部のみ０．２ｍｍｔ銅）上に０．３ｍｍｔ半導性
ファィンセラミックス板１３を接合し、前記した銅製ア
ークシャッター上部６と同一の厚さ（０．５ｍｍｔ）と
した。なお、半導性ファィンセラミックス板１３の種類
についてはいくつか適合材料があるが、シリコンナイト
ライドが最も有力である。

【００２３】また、該半導性ファィンセラミックス板１
３の接合方法はＨＩＰやロウ付け法による。このような
２層構造にすることにより、母材１との境界部、即ち溶
接アークでニッキングが発生する溶接母材端部をアーク
シャッターで局所遮蔽している部位では、本溶接アーク
による母材挟み口３端部の損傷はほとんど発生せず、繰
り返し耐久性が大幅に向上する。図４（ｃ）は図４
（ａ）の発展形である。同図によれば、アークシャッタ
ー下部７、下部挟み口厚９、母材挟み口高さ１０、母材
挟み口深さ１１は同一であるが、溶接アークが通過する
アーク走行路を凹型とし、かつ母材挟み口先部１４が
０．５ｍｍｔになるよう凹型底の高さを一定にした銅製
アークシャッターである。このようにアークシャッター
上部６の一部厚さを増すことにより、図４（ａ）に示す
銅製アークシャッターに比べ冷却効果が増大し溶接アー
クに対する耐久性を更に高めることができる。

【００２４】図４（ｄ）は、図４（ｃ）アークシャッタ
ーに図４（ｂ）アークシャッターの機能を加えたもので
あり、完成度の高い実用的なアークシャッターと言え
る。母材挟み口先部１４の下面１５（先端部のみ０．２
ｍｍｔ銅凹型底部）上に０．３ｍｍｔ半導性ファインセ
ラミックス板１３をＨＩＰやロウ付け法で接合した。こ
のような構造、即ちアークシャッター上部６の一部厚さ
を増し、かつ凹型アーク走行路に半導性ファインセラミ
ックス板１３を接合することにより、冷却効果と相まっ
て、本来該材料１３がもっている耐熱性能、耐久性能を
いかんなく発揮でき、溶接アークに対する熱抵抗力が飛
躍的に向上した。

【００２５】図５は、例えば電気洗濯槽などに適用され
る薄板鋼板を胴型あるいは筒型に加工成形する際の管縦
継ぎ手溶接用装置の模式図であり、管の直径、管の長さ
が一定の、定尺管溶接実用機である。ある程度円形に成
形された母材１を管固縛装置１６に挿入し、密着固定す
る。この時、母材１の突合せ開先部は該母材１の下方に
位置する水冷銅製裏当て部１７に溶接線位置が正しくセ
ッティングされ、かつ開先突合せ面方向と銅製裏当て部
１７方向へは機械的に適度の加圧力が加わるよう設計し
ている。

【００２６】バックシールドガス１８は銅製裏当て部１
７の中央部より供給し、該銅製裏当て部１７上面の構造
は、スタート側アークシャッター２およびクレータ側ア
ークシャッター４とが各々重なる部分（０．６ｍｍ程
度）を残し、中央部を本溶接ビード幅＋２ｍｍ程度の幅
でＵ型溝に加工してあり、適度の間０でバックシールド
ガス１８が吹き出す構造になっている。また、該母材１
がセットされた場合に銅製裏当て部１７のＵ型溝は密閉
されることから両端に適度の径のガス抜き穴１９を設置
している。

【００２７】さらに、スタート側アークシャッター２お
よびクレータ側アークシャッター４の形状は、図４に示
す簡易式アークシャッター例の経過から、該上部構造は
図４（ｄ）と同一とし、そのセット方法は母材１の管固
縛装置１６への挿入あるいは管縦継ぎ手溶接後の胴ある
いは筒製品取り出しなどの作業性を考慮して、はね上
げ、はね降ろし方式とした。かつ該アークシャッター下
部７の機能は、該銅製裏当て部１７上面の両端部に残る
Ｕ型溝部外の平坦部２１で受け持つこととする。

【００２８】即ち、該平坦部２１と各アークシャッター
上部挟み口厚８により該母材１の端部をサンドイッチ的
に挟む構造とした。なお各アークシャッター２、４が水
冷されていることは言うまでもない。このような構造に
することにより、例えばＴＩＧトーチ２０はスタート側
アークシャッター２上で本電流でアークスタートし、該
溶接アークは適正本電流で突合せ開先部１へ進み、その
ままの溶接電流状態でクレータ側アークシャッター４上
へ移行して溶接を終了することができるのである。

【００２９】また、該母材１の始端部、終端部では各ア
ークシャッター２、４が溶接アークを遮蔽するのでニッ
キング現象を解消できるほか、本電流で溶接を開始し、
本電流で終了するため電気的制御を必要としない。この
結果、溶接台車はアークスタート時、アークストップ時
を含めて常に本溶接速度で動作でき、溶接作業性および
溶接効率向上に大きく寄与することができるのである。
さらに本発明が対象とする該母材１は、ステンレス鋼に
限らず広く多鋼種を意味している。また溶接手段につい
てもＴＩＧ溶接法に限らず、例えばプラズマ溶接法、レ
ーザ溶接法、小入力電子ビーム溶接法などをも含むもの
である。

【００３０】（実施例３）図６は、図５に示す管縦継ぎ
手溶接装置におけるクレータ側の機能図である。母材１
の突合せ開先部を移動するＴＩＧトーチ２０は、適正本
電流による溶接アークを発生しながら健全な溶接ビード
２２を形成しつつ母材１終端部に設置されたクレータ側
アークシャッター４上へＴＩＧトーチ２０電極突き出し
長さ一定のまま移行し十分な距離を走行したのちアーク
ストップする。また、適正本電流で形成された溶接裏ビ
ード２３は、母材１終端部が該終端部に位置するクレー
タ側アークシャッター母材挟み口先部１４と銅製裏当て
上面平坦部２１で挟み込まれるため、溶接アークによる
溶融池は、表側の溶接アーク遮蔽と裏側の空間遮蔽およ
び熱吸収の同時作用で、以後の進展が不可能となり、該
銅製裏当て上面平坦部２１直近まで形成されることとな
る。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、薄板突合せ開先部の
ナメ付け溶融溶接に際し、本発明アークシャッターによ
れば、開先始端部と開先終端部の未溶接部長さを１．０
ｍｍ以下の範囲におさめることができるため、電気洗濯
槽、ジャー、ポットなどの加工成形工程で問題となって
いる溶接ビードの始端部、終端部のビード割れおよびビ
ード周辺割れの発生を防止し、かつ薄板溶接の最も難解
な欠陥であるニッキング現象の発生を防止した健全な薄
板溶接継ぎ手を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法と本願発明アークシャッターによる未溶
接部長さの比較を示す図、

【図２】アークシャッターの機能を示す図、

【図３】本発明簡易式アークシャッターと薄板溶接母材
の位置関係を示す図、

【図４】本発明簡易式アークシャッター例を示す図、

【図５】本発明管縦継ぎ手溶接用装置を示す図、

【図６】本発明管縦継ぎ手溶接用装置のクレータ側機能
図である。

【符号の説明】

１母材２スタート側アークシャッター３母材挟み口４クレータ側アークシャッター５冷却水６アークシャッター上部７アークシャッター下部８上部挟み口厚９下部挟み口厚１０母材挟み口高さ１１母材挟み口深さ１２アークシャッター上部下面１３半導性ファインセラミックス板１４母材挟み口先部１５母材挟み口先部下面１６管固縛装置１７銅製裏当て１８バックシールドガス１９ガス抜き穴２０ＴＩＧトーチ２１銅製裏当て上面平坦部２２溶接ビード２３溶接裏ビード

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２３Ｋ 37/06 Ｂ２３Ｋ 37/06 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄板突合せ溶接において、開先始端部お
よび終端部を難溶性かつ導電性材料で覆い溶接熱源を局
所遮蔽し、該突合せ開先始端部外の十分な長さまで延長
せしめたアークシャッター上で溶接を開始し、同様の手
段を講じた該突合せ開先終端部外で溶接を終了し、始端
部と終端部に発生するニッキングを防止することを特徴
とする薄板突合せ溶接のニッキング防止方法。
【請求項２】板厚０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの薄板を溶
接電流４Ａ〜４５０Ａで溶接し、始終端両部で安定した
裏波形成をすることを特徴とする請求項１記載の薄板突
合せ溶接のニッキング防止方法。