JPH105998A

JPH105998A - 溶接開先溶断機

Info

Publication number: JPH105998A
Application number: JP8169025A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Murai; 康生村井; Kenji Saito; 賢司斉藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】開先部の形成又は部材の組み立て等が容易であ
り、良好な溶込み深さにより、継手強度を高めることが
できる溶接開先溶断機を提供する。【解決手段】切断トーチ２０は、その側部が支持軸２
２を介して、揺動装置２１の駆動部２１ａに固定されて
いる。また、揺動装置はその上面に形成された連結軸２
３を介して、移動用台車のアーム２４に固定されてい
る。板状部材１２を溶断する場合、切断トーチを板状部
材の上方に配置し、切断方向に向かって水平に進行させ
る。このとき、揺動装置を駆動させると、切断トーチは
切断方向に進行しながら、進行方向に対して直交する方
向に往復運動するので、板状部材は表面から裏面に至る
ように、溝状の凹部１２ａと筋状の凸部１２ｂとが交互
に形成され、平面視で波状に溶断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼構造物の突合せ継
手、角継手、Ｔ継手等の溶接に適用される溶接開先を形
成するための溶断機に関し、特に、効率的に溶接開先部
を形成することができ、溶接後の継手強度を向上させる
ことができる溶接開先溶断機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のＴ継手の開先部を示す正面
図である。図６に示すように、垂直の鋼板１と水平の鋼
板２とは垂直に交差するように正面視でＴ字型に組み立
てられており、鋼板２の先端面２ｂは鋼板１の表面に当
接している。

【０００３】図６に示すように組み立てられたＴ継手に
おいては、いわゆる隅肉溶接により、部分溶込み溶接を
実施するものである。このように、Ｔ継手において、要
求される継手強度が比較的低い場合には、一方の部材
（鋼板２）の先端面２ｂを他方の部材（鋼板１）の表面
に沿うように平坦に切断するのみで、開先を加工するこ
とができる。

【０００４】しかしながら、このような開先部を有する
Ｔ継手においては、部材（鋼板２）の加工は容易である
が、溶接時において、所望の溶込み深さを確保すること
が困難であるので、高い継手強度を得ることはできな
い。そこで、一般的に、鋼構造物等においては、突合せ
継手、角継手及びＴ継手等を溶接する場合に、良好な溶
込み深さを確保し、所望の継手強度を得るために、少な
くとも一方の部材に傾斜した切欠きを形成した後、継手
を組み立てて溶接している。

【０００５】図７は従来のＴ継手の他の開先部の形状を
示す正面図である。図７に示すＴ継手においては、鋼板
４の片端面において、その上面から端面に至るように、
傾斜した切欠き４ａが形成されている。そして、図６に
示す継手と同様に、垂直の鋼板３と水平の鋼板４とが垂
直に交差するように正面視でＴ字型に組み立てられてい
て、その開先端にレ形の開先部５が形成されていると共
に、鋼板４の先端面４ｂが鋼板３の表面から若干離間さ
れている。

【０００６】このように、継手に傾斜した切欠き４ａが
形成されていると、溶接時において深い溶込みが得ら
れ、これにより、高い継手強度を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すような開先部５を加工する場合、一方の部材（鋼板
４）の端面４ｂを、他方の部材（鋼板３）に沿うように
平坦に切断する工程と、切欠き４ａを形成する工程との
２工程が必要となるという問題点がある。従って、レ形
の開先部５を形成するためには、図６に示すように、単
に部材（鋼板２）の先端面２ｂを他の部材（鋼板１）に
沿うように平坦に切断するのみの場合と比較して、２倍
又はそれ以上の加工コストが必要となる。

【０００８】更に、傾斜した開先部（傾斜開先部）が形
成された部材を溶接する場合、単層で十分な適正量の余
盛りを得るための溶接条件の設定が比較的困難である。
即ち、ルート部（鋼板４の端面４ｂと鋼板３との接触部
分）において、溶融金属の溶け落ちが発生しない条件で
溶接すると、余盛りが不足することがあり、十分な余盛
りを得るための溶接条件を設定すると、溶融金属の溶け
落ちが発生しやすくなる。

【０００９】また、図６に示すように、傾斜した開先部
（傾斜開先部）を形成しない場合、一般的に、溶込みを
深くするためには、部材間にルートギャップを設けると
いう方法が適用されている。そこで、均一な適正幅のル
ートギャップを維持するためには、継手の両部材の組立
工程において、ギャップを計測調整しながら仮付け溶接
するか、又は部材間にスペーサを配置する必要がある。

【００１０】しかしながら、このような方法を使用する
場合、溶接線が直線でない継手においては、均一にギャ
ップを形成することが困難である。また、部分溶込み状
態となったときに、鋼板２の未溶接の先端面２ｂと鋼板
１との接触部分が存在しないか、又は接触部分が少なく
なるので、溶接によって収縮変形が発生し、寸法精度が
低下してしまう。更に、継手の組立工程が煩雑になり、
スペーサ等を使用する場合には、このような継手部材以
外の部材が必要となるため、コストアップとなってしま
う。また、継手形状によっては、適切なルートギャップ
を維持することは極めて困難となる。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高精度で容易に溶接開先部を加工すること
ができ、加工された溶接母材を使用して継手を組み立て
て溶接する場合において、煩雑な組み立て作業を不要と
し、開先部の形成又は部材の組み立て等に必要なコスト
を上昇させることなく、良好な溶込み深さを得ることが
でき、これにより、継手強度を高めることができる溶接
開先溶断機を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接開先溶
断機は、部材を溶断することにより溶接開先を形成する
溶接開先溶断機において、前記部材を溶断する切断トー
チと、前記切断トーチを第１方向に移動させる移動手段
と、前記切断トーチを前記第１方向に対して直交する第
２方向に揺動させる揺動手段と、を有し、前記揺動手段
の揺動振幅Ｗは０．５乃至１０ｍｍであることを特徴と
する。なお、この切断トーチが揺動する第２方向は、移
動手段により切断トーチが移動される第１方向に対し
て、正確に直交する方向である必要はなく、ほぼ直交す
る方向であればよい。

【００１３】この揺動手段は振幅の頂点で前記切断トー
チを停止させるものであってもよく、揺動停止期間にお
ける前記第１方向への切断トーチの移動距離Ｌが２００
ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記移動手段
は、前記第１方向への切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍ
ｍ／秒）、振動数をＨｚ₁（回／秒）としたとき、１振
動あたりの第１方向への移動距離（Ｖ₁／Ｈｚ₁）を１．
５乃至１０（ｍｍ／回）とすることが好ましい。

【００１４】更に、切断トーチの熱源がレーザであっ
て、前記第１方向への切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍ
ｍ／秒）、振動数をＨｚ₁（回／秒）としたとき、数式
（Ｖ_ac1＝（Ｖ₁ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₁ ²）^1/2×６により算
出される溶断線速度Ｖ_ac1が２０乃至２５０（ｃｍ／
分）であることが好ましい。これは、切断トーチの熱源
がプラズマである場合においても、溶断線速度Ｖ_ac1は
２０乃至２５０（ｃｍ／分）であることが好ましく、切
断トーチの熱源がガスである場合には、溶断線速度Ｖ
_ac1は２０乃至１２０（ｃｍ／分）であることが望まし
い。

【００１５】なお、前記揺動手段が振幅の頂点で切断ト
ーチの揺動を停止させるものである場合、１振動あたり
の第１方向への移動距離及び溶断線速度は、揺動停止期
間を除く第１方向への切断トーチの移動速度及び振動数
等より算出することができ、これらの好ましい範囲は、
前記揺動手段が揺動を停止させない場合と同様である。

【００１６】更にまた、切断トーチにより溶断された部
材の溶断面を開先端として継手が組み立てられ、前記溶
断面に沿って溶接されるものであることが好ましい。

【００１７】本発明においては、溶断機が切断トーチを
第１方向に移動させる移動手段と、この切断トーチを第
１方向に直交する第２方向に揺動させる揺動手段とを有
しているため、切断トーチは波状に進行しながら部材を
溶断する。従って、この部材の溶断面、即ち、開先端に
は、その上面から裏面に至る波状の凹凸を容易に形成す
ることができ、所望の形状の開先を得ることができる。

【００１８】また、本発明に係る溶接開先溶断機を使用
して部材を溶断し、この溶断面を開先端として継手を組
み立てて、溶断面に沿って溶接する場合、波状の凹凸の
凹部が局部的なルートギャップとなり、仮溶接又はスペ
ーサ等によりルートギャップを維持する必要がなくなる
ので、溶接のための部材の組立が容易になる。また、溶
断面に形成された凹凸の凸部は熱容量が小さく、溶接熱
により比較的容易に溶融するので、凹部が有するルート
ギャップとしての作用により、溶込み深さを深くするこ
とができる。更に、凸部は溶融金属の溶け落ちを防止す
る効果を有する。従って、これらの効果により、継手強
度を向上させることができる。

【００１９】更にまた、この溶接時において部分溶込み
溶接する場合、凸部の未溶接部分が継手の他方の部材に
当接しているので、溶接収縮を少なくすることができ、
これにより、溶接後の寸法精度を高めることができる。

【００２０】本発明に係る溶接開先溶断機を使用して部
材を溶断すると、このようなルートギャップとしての作
用を有する凹部と、溶け落ちを防止する作用を有する凸
部とを同時に容易に形成することができる。また、この
溶断機により、部材の溶断と同時に凹凸面の形成をする
ことができるので、部材の溶断と傾斜開先部を形成する
工程の２工程で開先部を形成する場合と比較して、低コ
ストで開先部を加工することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。

【００２２】図１は本発明の実施例に係る溶接開先溶断
機を示す斜視図である。切断トーチ２０は、その側部２
０ａが支持軸２２を介して、揺動装置２１（揺動手段）
の側部に形成された駆動部２１ａに固定されている。こ
の揺動装置２１は、例えば、停止することなく連続し
て、規則的に揺動するものであり、揺動振幅を所望の値
に設定することができる。また、駆動装置２１の上面に
は、駆動装置２１の上方に延びる形状の連結軸２３が形
成されており、この連結軸２３は移動用台車（図示せ
ず）のアーム２４に固定されている。

【００２３】このように構成された溶断機３０を使用し
て溶接母材とする板状部材１２を溶断する場合、切断ト
ーチ２０を板状部材１２の上方に配置し、切断方向（第
１方向）に向かって水平に進行させる。このとき、揺動
装置２１を作動させると、揺動装置２１の駆動部２１ａ
が揺動し、切断トーチ２０が揺動装置２１に接近したり
離れたりする方向に水平方向に揺動する。即ち、切断ト
ーチ２０は切断方向に進行しながら、進行方向に対して
直交する方向（第２方向）に往復運動するので、平面視
で波形の線に沿うように移動する。従って、板状部材１
２の溶断面１２ｃにおいては、板状部材１２の表面から
裏面に至るように、溝状の凹部１２ａと筋状の凸部１２
ｂとが交互に形成され、平面視で波状に溶断される。

【００２４】次に、この波状の溶断面１２ｃを有する板
状部材１２を使用した継手の溶接方法について説明す
る。

【００２５】図２（ａ）は板状部材１２の溶接方法を説
明するための継手を示す斜視図であり、（ｂ）はその平
面図、（ｃ）はその正面図である。

【００２６】図２に示すように、溶接時においては、波
状の溶断面１２ｃを有する板状部材１２と、通常使用さ
れている形状の板状部材１１とを準備し、垂直に配置し
た板状部材１１の表面に水平に配置した板状部材１２の
溶断面１２ｃを当てて、例えば、板状部材１１と板状部
材１２とが垂直に交差するようにＴ継手１０を組み立て
た後、板状部材１２の溶断面１２ｃに沿って溶接する。

【００２７】そうすると、板状部材１２の凸部１２ｂは
熱容量が小さいので、溶接熱により比較的容易に溶融す
る。また、凸部１２ｂが板状部材１１の表面に接触する
か又は近接し、凹部１２ａが局部的に板状部材１１と１
２とのルートギャップとしての役割を果たすので、深い
溶込みを得ることができる。一方、凸部１２ｂは溶融金
属の溶け落ちを防止する効果を有する。即ち、溶接時に
おいては、凹部１２ａと凸部１２ｂとの相互効果によ
り、所望の溶込み深さ及び所望の余盛りを得ることがで
きる。従って、高い継手強度が得られると共に、部材を
所望の継手形状に組み立てることが容易になり、スペー
サ等が不要となるので、そのためのコストアップを防止
することができる。

【００２８】更に、ルート部（板状部材１２の凸部１２
ｂと板状部材１１との接触部分）において、未溶接部分
を極めて小さくし、完全溶込み溶接に近い溶接部を得よ
うとする場合においても、前述の如く、凸部１２ｂが存
在することにより、溶融金属の溶け落ちの発生を防止す
ることができる。一方、部分溶込み溶接をする場合、凸
部１２ｂにおける未溶接部分が板状部材１１に当接して
いるので、溶接による収縮変形が小さくなり、溶接後の
寸法精度が向上する。

【００２９】このように、本実施例に係る溶断機３０を
使用すると、ルートギャップとしての作用を有する凹部
１２ａと、溶け落ちを防止する作用を有する凸部１２ｂ
とを同時に容易に形成することができ、溶断機３０によ
って形成された波状の溶断面により、優れた性能の溶接
継手を低溶接コストで得ることができる。また、溶断機
３０を使用することにより、板状部材１２を所望のサイ
ズに溶断するための工程と、凹凸を有する波状の溶断面
を形成する工程とを同時に実施することができるので、
１工程のみで所望の開先を得ることができ、開先の加工
コストも低減することができる。

【００３０】従来のガス溶断機及びプラズマ溶断機にお
いて、揺動装置を使用することなく、ＮＣ又は倣い機構
により曲線及び矩形の線に沿って板状部材を溶断するこ
とは可能であるが、このような方法においては、揺動の
振幅を小さくし、比較的速い速度で溶断することは困難
である。また、倣い機構により揺動させると、溶断機の
耐久性が低下する虞がある。更に、部材に凹凸を有する
切断面を形成する方法として、他に、機械加工等がある
が、機械加工により凹凸を加工する方法においては、加
工コストを低減することができないことがある。従っ
て、本発明に示すように、溶接トーチが揺動装置に固定
されている溶断機を使用して部材を溶断すると、規則的
で所望の深さの凹部を有する溶断面を高精度で容易に形
成することができる。

【００３１】本実施例においては、１本の切断トーチ２
０に１台の揺動装置２１が接続された例について示した
が、１台の揺動装置で複数本の切断トーチを揺動させる
ように接続することもでき、切断トーチに接続された揺
動装置を複数台有する溶断機を使用することもできる。
また、本実施例において使用した揺動装置２１は停止す
ることなく規則的に揺動するものであるので、板状部材
１２の溶断面１２ｃは波状の凹凸面となったが、一定時
間毎に揺動が停止する揺動装置を使用してもよい。

【００３２】図３は本発明の他の実施例に係る溶断機を
使用して板状部材を溶断した場合の溶断面の形状を示す
斜視図である。

【００３３】本実施例においては、揺動装置として、１
往復揺動した後に、一定時間停止するものを使用した溶
断機（図示せず）により、板状部材１６を溶断してい
る。従って、板状部材１６の溶断面１６ｃは、幅広の溝
状の凹部１６ａと、板状部材１６の表面から裏面に至る
筋状の凸部１６ｂとにより構成されており、凹部１６ａ
の底面は平坦となっている。即ち、切断トーチが凹部１
６ａの底面側に揺動したときに、揺動装置が一定時間停
止している。

【００３４】このような溶断機により溶断された板状部
材１６を使用しても、凹部１６ａの深さ又は隣接する凸
部１６ｂ間の距離を適切に設定することにより、優れた
性能の溶接継手を得ることができる。

【００３５】本発明においては、溶断熱源としてガス、
プラズマ又はレーザを使用した切断トーチを使用するこ
とができ、本発明の溶断機により溶断された部材は、Ｔ
継手、突合せ継手及び角継手等の溶接に適用することが
できる。

【００３６】また、揺動手段としては、カム機構等によ
る機械式若しくは電気信号により揺動停止させる方式又
はこれらの複合方式等の揺動機能を有する装置を使用す
ることができ、溶接用の揺動装置を使用することもでき
る。

【００３７】以下、本発明に係る溶接開先溶断機が有す
る揺動手段について、更に説明する。

【００３８】揺動振幅Ｗ：０．５乃至１０ｍｍ揺動手段により揺動する切断トーチの揺動振幅Ｗが０．
５ｍｍ未満であると、溶断機により溶断された部材の溶
断面の凹凸が小さくなりすぎるので、溶接時の溶込み深
さを増大させる効果が低下する。一方、揺動振幅Ｗが１
０ｍｍを超えると、継手の組立時において、ルートギャ
ップとしての作用を有する凹部の深さが深くなりすぎる
ので、溶接時に溶融金属の溶け落ちが発生する。従っ
て、揺動振幅Ｗは０．５乃至１０ｍｍとする。

【００３９】揺動停止期間における第１方向への切断ト
ーチの移動距離Ｌ：２００ｍｍ以下揺動を停止させることなく切断トーチを揺動させながら
部材を溶断する場合、この溶断面は凹部と凸部とが交互
に等間隔で規則的に形成された凹凸を有するものとな
る。しかしながら、部材の溶断面に形成される凹凸は、
等間隔で規則的に形成されたものである必要はなく、凹
部の深さを適切に設定することにより、例えば、局部的
な凸部と幅広の凹部とからなる凹凸が形成されていても
よい。このような形状の凹凸は、揺動手段が振幅の一方
の頂点で切断トーチの揺動を停止させることにより形成
することができる。この揺動の適正な停止時間は溶断速
度に関係するため、本発明においては揺動停止期間にお
ける第１方向への切断トーチの移動距離Ｌにより規定す
る。一方の振幅の頂点において揺動を停止させる場合、
揺動停止期間における第１方向への切断トーチの移動距
離Ｌが２００ｍｍを超えると、継手を組み立てたときに
ルートギャップとして作用する部分の幅を均一に維持す
ることが困難になる。また、曲線を有する溶接線を溶接
する場合、継手の組立精度が低下しやすくなる。従っ
て、揺動手段が一方の振幅の頂点で切断トーチを停止さ
せる場合、揺動停止期間における第１方向への切断トー
チの移動距離Ｌは２００ｍｍ以下とすることが好まし
い。

【００４０】切断トーチ１振動あたりの第１方向への移
動距離：１．５乃至１０（ｍｍ／回）切断トーチが１回振動する間における切断トーチの第１
方向への移動距離は、切断トーチの第１方向への移動速
度をＶ（ｍｍ／秒）、振動数をＨｚ（回／秒）としたと
き、数式（Ｖ／Ｈｚ）により算出することができる。こ
の値は溶接開先部の凸部間の間隔及び凸部の幅を決定す
るものである。（Ｖ／Ｈｚ）が１０（ｍｍ／回）を超え
ると、凸部の幅が大きくなりすぎて、溶接線における溶
込み深さの変動が顕著になり、均一な溶込みを得ること
ができなくなる。一方、（Ｖ／Ｈｚ）が１．５（ｍｍ／
回）未満であると、凹凸のピッチが細かくなりすぎて、
凹部による溶込み増大の効果を得ることができなくな
る。また、凹部の体積を増加させるために、振動振幅を
大きくして切断すると、溶断線速度が過大となりやすい
ので、良好な切断面が得られなくなる。従って、切断ト
ーチ１振動あたりの第１方向への移動距離は１．５乃至
１０（ｍｍ／回）とすることが好ましい。なお、このと
きの移動速度Ｖ及び振動数Ｈｚは、振幅の頂点において
切断トーチを停止させる場合においては、この停止期間
を除く１秒間当たりの切断トーチの移動速度及び振動数
のことである。

【００４１】溶断線速度Ｖ_ac：２０乃至２５０（ｃｍ／
分）溶断線速度Ｖ_acとは、溶断線に沿う切断トーチの移動速
度のことであり、切断トーチの第１方向への移動速度
Ｖ、揺動振幅Ｗ及び振動数Ｈｚにより決定され、数式
（Ｖ_ac＝（Ｖ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ²）^1/2×６）により算出
することができる。揺動振幅Ｗ及び振動数Ｈｚが大きく
なると、溶断線速度Ｖ_acも増加し、切断トーチの熱源が
レーザである場合に、Ｖ_acが２５０（ｃｍ／分）を超え
ると、実用に耐える切断面が得られなくなる。一方、溶
断線速度Ｖ_acが２０（ｃｍ／分）未満であると、切断面
に対する入熱が過大となり、優れた凹凸面が得られなく
なると共に、溶断能率が低下して溶接コストを低減する
ことができなくなる。従って、溶断線速度Ｖ_acは２０乃
至２５０（ｃｍ／分）とすることが好ましい。このとき
の移動速度Ｖ及び振動数Ｈｚは、振幅の頂点において切
断トーチが停止する場合においては、この停止期間を除
く１秒間当たりの切断トーチの移動速度及び振動数のこ
とである。

【００４２】なお、切断トーチの熱源がプラズマである
場合においても、溶断線速度Ｖ_acは２０乃至２５０（ｃ
ｍ／分）であることが好ましく、切断トーチの熱源がガ
スである場合には、溶断線速度Ｖ_acは２０乃至１２０
（ｃｍ／分）であることが好ましい。

【００４３】

【実施例】以下、本発明に係る溶断機を使用した実施例
についてその比較例と比較して具体的に説明する。

【００４４】先ず、本発明に係る溶断機を使用して、板
状部材に波形の凹凸を有する溶断面を形成し、この溶断
面を他の部材に当接させてＴ継手を組み立てた後、これ
を溶接して溶込み深さ比較試験を実施した。

【００４５】図４は溶込み深さ比較試験に使用したＴ継
手の形状及びサイズを示す正面図である。また、図５
（ａ）は本発明の実施例に係る溶断機を使用して溶断し
た板状部材の形状及びサイズを示す平面図であり、
（ｂ）はその正面図である。

【００４６】比較例としては、図２に示すように、板厚
が１４ｍｍの板状部材１３と、板厚が１２ｍｍであり、
その端面を従来の溶断機により平坦に切断した板状部材
１４とを準備し、垂直の板状部材１３と水平の板状部材
１４とが垂直に交差するように、板状部材１３の表面に
板状部材１４の平坦な端面１４ａを当てて組み立てたＴ
継手を使用した。このとき、板状部材１４は、その上面
が板状部材１３の端面１３ａから１２ｍｍの位置に配置
されるように板状部材１３に当接させ、板状部材１３と
１４との間には、ルートギャップを設けないものとし
た。

【００４７】また、実施例としては、図５に示すよう
に、板状部材１４の代わりに本発明の溶接開先溶断機に
より波形の溶断面１５ｃを形成した板状部材１５を使用
した。即ち、板状部材１５は、溶断面１５ｃにおいて、
板状部材１５の表面から裏面に延びる複数本の溝状の凹
部１５ａ及び筋状の凸部１５ｂが交互に等間隔に形成さ
れるように溶断したものであり、板状部材１４の表面に
板状部材１５の凸部１５ｂを当接させて継手を組み立て
た。本実施例においては、板状部材１５の板厚を１２ｍ
ｍとし、隣接する凸部１５ｂの間隔を５ｍｍ、各凹部１
５ａの深さを２．５ｍｍとした。

【００４８】このような２種類のＴ継手に対して同一の
溶接条件によって溶接し、溶接後に、溶接部から断面マ
クロを採取し、未溶接部分のルート厚さを測定すること
により、溶込み深さを評価した。但し、溶接は直径が
１．４ｍｍのワイヤを使用し、自動ＣＯ₂溶接とした。
本発明の溶断機を使用して板状部材１５をガス切断した
ときの切断条件を下記表１に示し、溶接条件及び評価結
果を、夫々、下記表２及び３に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】上記表１乃至３に示すように、本実施例の
溶接開先溶断機により部材を溶断し、この部材を使用し
て形成したＴ継手を溶接すると、いずれの溶接条件にお
いても、比較例と比較して、未溶接部分のルート長さが
減少した。即ち、溶込み深さが増大し、高強度の溶接継
手を得ることができた。

【００５３】次に、本発明に係る溶断機を使用して、板
厚が１２ｍｍである軟鋼板を種々の切断条件でガス切断
し、切断の可否を調査すると共に、切断面の状況を評価
した。切断面の評価は、板材の表面側と裏面側とを比較
してほぼ同等の凹凸形状が得られたものを○、板材の表
面側と裏面側とで凹凸形状が著しく異なったものを△、
切断できなかったものを×とした。

【００５４】更に、良好な切断面が得られたものについ
ては、上記表２に示す溶接条件記号Ｄの条件に従って自
動ＭＡＧ溶接を実施し、溶接性を溶込み深さ及び溶け落
ちの有無により評価した。但し、シールドガスはＡｒ＋
２０％ＣＯ₂を使用した。この溶接性の評価は、通常の
自然開先における溶込み深さと比較して、板厚の１０％
以上溶込み深さが増加したものを○、局部的に溶け込み
深さの増加比が不足したものを△、溶込み深さの増加比
が１０％未満のものを×とし、溶融金属の溶け落ちが発
生したものを××とした。これらの切断条件及び評価結
果を下記表４乃至９に示す。

【００５５】

【表４】

【００５６】

【表５】

【００５７】

【表６】

【００５８】

【表７】

【００５９】

【表８】

【００６０】

【表９】

【００６１】上記表４乃至９に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１１乃至２６は揺動振幅Ｗ、揺動停止中における第
１方向への移動距離Ｌ、溶断線速度Ｖ_ac及び１振動あた
りの第１方向への移動距離Ｖ／Ｈｚが本発明の範囲内で
あるので、切断面が良好であると共に、溶接性について
も優れたものとなった。

【００６２】一方、比較例Ｎｏ．２８及び２９は揺動振
幅Ｗが本発明範囲の下限未満であるので、十分な溶込み
深さを得ることができず、溶接性が低下した。比較例Ｎ
ｏ．３０及び３１はＶ／Ｈｚが本発明範囲の下限未満で
あるので、切断面は良好であったが、溶接性が低下し
た。比較例Ｎｏ．３２及び３３はＶ／Ｈｚが本発明範囲
の下限未満であると共にＶ_acが本発明範囲の上限を超え
ているので、切断面が不良となった。

【００６３】比較例Ｎｏ．３４、３７、４１及び４９は
１振動あたりの第１方向への移動距離Ｖ／Ｈｚが本発明
範囲の上限を超えているので、溶接性が不良となった。
比較例Ｎｏ．３５、３６、３８、３９、４０、４２、４
３、４５、４７、４８、５０、５１及び５２は溶断線速
度Ｖ_acが本発明範囲の上限を超えているので、切断する
ことができなかった。

【００６４】また、比較例Ｎｏ．４４は溶断線速度Ｖ_ac
が本発明範囲の上限を超えていると共に、揺動振幅Ｗが
本発明範囲の上限を超えているので、切断面が不良にな
り、十分な溶込み深さを得ることができなかった。比較
例Ｎｏ．４６は揺動停止距離Ｌが本発明範囲の上限を超
えているので、溶接性が低下した。

【００６５】次いで、本発明に係る溶断機を使用して、
板厚が１２ｍｍである軟鋼板を種々の切断条件でレーザ
切断し、切断の可否を調査すると共に、切断面の状況を
評価した。そして、良好な切断面が得られたものについ
ては、上記表２に示す溶接条件記号Ｄの条件に従って自
動ＭＡＧ溶接を実施し、溶接性を溶込み深さ及び溶け落
ちの有無により評価した。本実施例においては、レーザ
加工機として３ｋＷのＣＯ₂レーザ加工機を使用した。
なお、切断面及び溶接性の評価はガス切断による場合と
同様とする。これらの切断条件及び評価結果を下記表１
０乃至１５に示す。

【００６６】

【表１０】

【００６７】

【表１１】

【００６８】

【表１２】

【００６９】

【表１３】

【００７０】

【表１４】

【００７１】

【表１５】

【００７２】上記表１０乃至１５に示すように、実施例
Ｎｏ．５３乃至７１は揺動振幅Ｗ、揺動停止中における
第１方向への移動距離Ｌ、溶断線速度Ｖ_ac及び１振動あ
たりの第１方向への移動距離Ｖ／Ｈｚが本発明の範囲内
であるので、切断面が良好であると共に、溶接性につい
ても優れたものとなった。

【００７３】一方、比較例Ｎｏ．７２及び７３は揺動振
幅Ｗが本発明範囲の下限未満であるので、十分な溶込み
深さを得ることができなくなり、溶接性が低下した。比
較例Ｎｏ．７４はＶ／Ｈｚが本発明範囲の下限未満であ
るので、溶接性が低下した。比較例Ｎｏ．７５はＶ／Ｈ
ｚが本発明範囲の下限未満であると共に、溶断線速度Ｖ
ａｃが本発明範囲の上限を超えているので、切断面が不
良となった。

【００７４】また、比較例Ｎｏ．７６、７８、７９、８
２、８５、８７、８８、９０、９１及び９３はＶ／Ｈｚ
が本発明範囲の上限を超えており、特に、比較例Ｎｏ．
８５及び８７は、揺動振幅Ｗも本発明範囲の上限を超え
ているので、均一な溶込み深さを得ることができず、溶
接性が低下するか又は不良となり、溶け落ちが発生する
ものもあった。

【００７５】また、比較例Ｎｏ．７７、８０、８１、８
３、８４、８６、８９、９２及び９４乃至９７は溶断線
速度Ｖ_acが本発明範囲の上限を超えているので、切断面
が不良となるか、又は切断できないものとなった。

【００７６】更に、同様にして、プラズマ切断により切
断面を形成して、切断面状況を評価すると共に、これを
開先端として継手を組み立てて溶接した結果、レーザ切
断により切断面を形成した場合と同様の結果となり、溶
断線速度Ｖ_acが２０乃至２５０（ｃｍ／分）の範囲で良
好な切断面が得られ、溶接性も良好となった。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶断機が切断トーチを１方向に移動させる移動手段と、
切断トーチを１方向に対して直交する方向に揺動させる
揺動手段とを有しており、これにより、切断トーチは波
状に進行しながら部材を溶断するので、容易に凹凸を有
する面を加工することができ、所望の形状の開先を得る
ことができる。また、この部材の溶断面を開先端として
継手を組み立てて、この継手を溶接すると、深い溶込み
で継手強度が高い溶接継手を得ることができると共に、
溶融金属の溶け落ちを防止することができ、これによ
り、溶接のための加工及び組立を容易に低コストで実施
することができる。

【００７８】更に、揺動手段により揺動する切断トーチ
の揺動振幅が適切に設定されているので、更に一層深い
溶込みが得られると共に、溶融金属の溶け落ちを防止す
ることができ、振幅の頂点において切断トーチの揺動を
停止させる場合、揺動停止中における第１方向への移動
距離Ｌを適切に設定すると、更に一層、継手の組立及び
加工が容易になる。また、溶断線速度Ｖ_ac及び１振動あ
たりの第１方向への移動距離Ｖ／Ｈｚを適切に設定する
ことにより、高精度に溶断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る溶接開先溶断機を示す斜
視図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施例に係る溶断機を使用し
て溶断した板状部材の溶接方法を説明するための継手を
示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその
正面図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る溶断機を使用して板
状部材を溶断した場合の溶断面の形状を示す斜視図であ
る。

【図４】溶込み深さ比較試験に使用したＴ継手の形状及
びサイズを示す正面図である。

【図５】（ａ）は本発明の実施例に係る溶断機を使用し
て溶断した板状部材の形状及びサイズを示す平面図であ
り、（ｂ）はその正面図である。

【図６】従来のＴ継手の開先部を示す正面図である。

【図７】従来のＴ継手の他の開先部の形状を示す正面図
である。

【符号の説明】

１、２、３、４；鋼板４ａ；切欠き５；開先部１０；継手１１、１２、１３、１４、１５、１６；板状部材１２ａ、１５ａ、１６ａ；凹部１２ｂ、１５ｂ、１６ｂ；凸部１２ｃ、１５ｃ、１６ｃ；溶断面２０；切断トーチ２１；揺動装置２１ａ；駆動部２２；支持軸２３；連結軸２４；アーム３０；溶断機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２３Ｋ 31/00 Ｂ２３Ｋ 31/00 Ｐ 33/00 33/00 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部材を溶断することにより溶接開先を形
成する溶接開先溶断機において、前記部材を溶断する切
断トーチと、前記切断トーチを第１方向に移動させる移
動手段と、前記切断トーチを前記第１方向に対して直交
する第２方向に揺動させる揺動手段と、を有し、前記揺
動手段の揺動振幅Ｗは０．５乃至１０（ｍｍ）であるこ
とを特徴とする溶接開先溶断機。
【請求項２】前記揺動手段は振幅の頂点で前記切断ト
ーチの揺動を停止させるものであることを特徴とする請
求項１に記載の溶接開先溶断機。
【請求項３】前記揺動手段は振幅の頂点で前記切断ト
ーチの揺動を停止させないものであることを特徴とする
請求項１に記載の溶接開先溶断機。
【請求項４】前記切断トーチは、揺動停止期間におけ
る前記第１方向への移動距離Ｌが２００ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の溶接開先溶断機。
【請求項５】前記移動手段は、前記第１方向への前記
切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍｍ／秒）、振動数をＨ
ｚ₁（回／秒）としたとき、１振動あたりの第１方向へ
の移動距離（Ｖ₁／Ｈｚ₁）を１．５乃至１０（ｍｍ／
回）とすることを特徴とする請求項３に記載の溶接開先
溶断機。
【請求項６】前記移動手段は、揺動停止期間を除く前
記第１方向への前記切断トーチの移動速度をＶ₂（ｍｍ
／秒）、振動数をＨｚ₂（回／秒）としたとき、１振動
あたりの第１方向への移動距離（Ｖ₂／Ｈｚ₂）を１．５
乃至１０（ｍｍ／回）とすることを特徴とする請求項２
又は４に記載の溶接開先溶断機。
【請求項７】前記切断トーチの熱源はレーザであっ
て、前記第１方向への切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍ
ｍ／秒）、振動数をＨｚ₁（回／秒）としたとき、数式
（Ｖ_ac1＝（Ｖ₁ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₁ ²）^1/2×６により算
出される溶断線速度Ｖ_ac1が２０乃至２５０（ｃｍ／
分）であることを特徴とする請求項３又は５に記載の溶
接開先溶断機。
【請求項８】前記切断トーチの熱源はプラズマであっ
て、前記第１方向への切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍ
ｍ／秒）、振動数をＨｚ₁（回／秒）としたとき、数式
（Ｖ_ac1＝（Ｖ₁ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₁ ²）^1/2×６）により
算出される溶断線速度Ｖ_ac1が２０乃至２５０（ｃｍ／
分）であることを特徴とする請求項３又は５に記載の溶
接開先溶断機。
【請求項９】前記切断トーチの熱源はガスであって、
前記第１方向への切断トーチの移動速度をＶ₁（ｍｍ／
秒）、振動数をＨｚ₁（回／秒）としたとき、数式（Ｖ
_ac1＝（Ｖ₁ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₁ ²）^1/2×６により算出さ
れる溶断線速度Ｖ_ac1が２０乃至１２０（ｃｍ／分）で
あることを特徴とする請求項３又は５に記載の溶接開先
溶断機。
【請求項１０】前記切断トーチの熱源はレーザであっ
て、揺動停止期間を除く前記第１方向への切断トーチの
移動速度をＶ₂（ｍｍ／秒）、振動数をＨｚ₂（回／秒）
としたとき、数式（Ｖ_ac2＝（Ｖ₂ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₂ ²）
^1/2×６により算出される溶断線速度Ｖ_ac2が２０乃至２
５０（ｃｍ／分）であることを特徴とする請求項２、４
及び６のいずれか１項に記載の溶接開先溶断機。
【請求項１１】前記切断トーチの熱源はプラズマであ
って、揺動停止期間を除く前記第１方向への切断トーチ
の移動速度をＶ₂（ｍｍ／秒）、振動数をＨｚ₂（回／
秒）としたとき、数式（Ｖ_ac2＝（Ｖ₂ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ
₂ ²）^1/2×６により算出される溶断線速度Ｖ_ac2が２０乃
至２５０（ｃｍ／分）であることを特徴とする請求項
２、４及び６のいずれか１項に記載の溶接開先溶断機。
【請求項１２】前記切断トーチの熱源はガスであっ
て、揺動停止期間を除く前記第１方向への切断トーチの
移動速度をＶ₂（ｍｍ／秒）、振動数をＨｚ₂（回／秒）
としたとき、数式（Ｖ_ac2＝（Ｖ₂ ²＋４×Ｗ²×Ｈｚ₂ ²）
^1/2×６により算出される溶断線速度Ｖ_ac2が２０乃至１
２０（ｃｍ／分）であることを特徴とする請求項２、４
及び６のいずれか１項に記載の溶接開先溶断機。
【請求項１３】前記切断トーチにより溶断された部材
の溶断面を開先端として継手が組み立てられ、前記溶断
面に沿って溶接されるものであることを特徴とする請求
項１乃至１２のいずれか１項に記載の溶接開先溶断機。