JPH1128571A - 水中溶接用トーチノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量のシールドガスを用いることなく広い気
相領域を安定して形成できるようにする。 【解決手段】 内径を絞って少流量のシールドガス７を
送給できるようにした内筒２と、内筒２との間に噴流水
６を導くようにした外筒３とによる２重ノズル構造とす
る。内筒２の先端に、７０〜８０°度の広がり角度で広
がるラッパ状のスカート１０を一体に設ける。スカート
１０の外面に噴流水６を流して周りの水を巻き込ませ、
少流量の水カーテン流量によって水カーテン６ａを形成
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は湿式で行う水中溶接
方法のうち、特に、水カーテンでガスシールドをして溶
接を行う水中溶接用トーチノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海洋構造物等の修理、改造を水中で行う
ための水中溶接方法としては、直接水中で溶接を行う湿
式法と、溶接部分の水を排除して行う乾式法が知られて
いる。

【０００３】上記湿式法のうち、被覆に特別の工夫を凝
らした溶接棒を用いて直接水中で溶接する被覆アーク溶
接法は、広く実用化されており、我が国においてもそれ
なりの実績をあげている。

【０００４】しかし、水中という環境下では身体が不安
定であると共に、溶接そのものに高度な技術を必要と
し、しかも、溶接部は大気中に比べてブローホールが発
生し易い、等の問題があり、近年では、湿式法のうち、
溶接部近傍を水カーテンで覆うようにする水カーテン式
やワイヤブラシで覆うようにするワイヤブラシ式等の研
究が進められている。

【０００５】そのうち、水カーテン式の水中溶接方法
は、図７に一例を示す如く、中心部に溶接ワイヤ１を通
すようにした内筒２と、該内筒２の外周部に隙間をあけ
て配置した外筒３とからなる２重ノズル構造として、内
筒２と外筒３の先端部にラッパ状の噴流口４を設けた溶
接トーチノズル５を用い、内筒２と外筒３との間に導か
れた噴流水６を噴流口４から高速で吐出させてトーチノ
ズル外周に水カーテンを形成させるようにし、水カーテ
ンを形成させることにより、トーチノズル内外の水がこ
の噴流水６により遮断されると同時に、噴流口４の先端
と母材８の表面との狭隘部においてトーチノズル直下内
部から半径外方向に吸引作用が生じるので、この状態で
内筒２を通してシールドガス７を送給すると、噴流水６
の遮断作用、吸引作用及び飛散ガス気泡の粉砕作用によ
り、トーチノズル直下に安定した気相領域（空洞）９が
形成され、この気体雰囲気内で溶接を行うようにしたも
のである。１ａはアークを示す。

【０００６】上記水カーテン式の水中溶接方法では、水
カーテンの流量、シールドガス７の流量が、形成される
気相領域９の大きさや安定性に大きな影響を与えること
が知られている。更に、シールドガス流量と気相領域の
形との関係では、噴流口４の広がり角度が４０〜６０°
のときが最も有効とされている。

【０００７】図８（イ）（ロ）、図９（イ）（ロ）、図
１０（イ）（ロ）は気相領域９が形成される代表的な３
つの形態を示すもので、図８（イ）（ロ）では、噴流水
６の内部への反転流がなく全周にわたって内部が乾いた
状態の気相領域９が形成されており、又、図９（イ）
（ロ）では、一部で噴流水６の内部への反転流が生じて
おり、更に、図１０（イ）（ロ）では、内部への噴流水
６の浸入が全周にわたって生じているものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図８
（イ）（ロ）に示す形態の場合、気相領域９は安定して
いるが、噴流口４と母材８との間の距離が０〜４mm程度
と小さく、トーチノズル５の先端径としての噴流口４の
径を大きくしないと広い気相領域９が形成できないとい
う問題があり、又、図９（イ）（ロ）に示す形態の場合
には、噴流口４と母材８との間の距離が４〜６mmと大き
くて図８（イ）（ロ）の場合よりも広い気相領域９が形
成されるものの、全周にわたって一様に安定した状態が
保てないという問題があり、更に、図１０（イ）（ロ）
に示す形態の場合には、噴流口４と母材８との間の距離
を６〜１８mmと更に大きくすることができてより広い気
相領域９を形成できるが、シールドガス７の動圧と外部
の圧力とを釣り合わせるために、多量のシールドガス７
が必要となる問題がある。

【０００９】水中溶接においては、気相領域９が狭いと
溶接部が急冷され、継手特性に影響を与えるので、広い
気相領域９の形成が重要な課題である。

【００１０】そこで、本発明は、多量のシールドガスを
用いることなく広い気相領域を安定して形成させること
ができるような水中溶接用トーチノズルを提供しようと
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、中心部に溶接ワイヤを通すようにした内
筒と、該内筒の外周部に隙間をあけて配置した外筒とを
備えて、内筒の内側にシールドガスを供給するようにす
ると共に、内筒と外筒との間に噴流水を導くようにした
２重ノズル構造とし、且つ上記内筒の先端に、末広がり
となるよう所要の角度でラッパ状に広がるスカートを一
体に設けた構成とする。

【００１２】スカートの外面に沿って吐出される噴流水
は周囲の水を巻き込むため、水カーテンが効果的に形成
され、これにより、スカートと母材との間の距離を大き
くとることができるので、広い気相領域が形成される。

【００１３】又、内筒の内径を１２〜１５mmとし且つス
カートの広がり角度を７０〜８０°とした構成とするこ
とにより、少流量のシールドガスで安定した気相領域の
形成が可能となる。

【００１４】更に、スカートの内面を湾曲面とすること
によって、気相領域をより広くできるだけでなく、アー
ク光の輻射熱を効率よく溶接部周辺に導くことができ、
溶接後の急冷をより効果的に防止できるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１は本発明の実施の一形態を示すもの
で、中心部に溶接ワイヤ１を通すようにした内筒２と、
該内筒２の外周部に隙間をあけて配置した外筒３とを備
えて、内筒２の内側にシールドガス７を供給するように
すると共に、内筒２と外筒３との間に噴流水６を導くよ
うにした２重ノズル構造とし、且つ上記内筒２の先端
に、末広がりとなるようにラッパ状に広がるスカート１
０を一体に設けた構成を有する水中溶接用トーチノズル
１１とする。

【００１７】上記内筒２の内径は溶接ビード形状に影響
を与えない程度にシールドガス流速を高めるように１２
〜１５mmに絞り、スカート１０の広がり角度θは７０〜
８０°の範囲に設定してある。

【００１８】トーチノズル１１を水中の母材８に対峙さ
せて配置した状態において、内筒２と外筒３の間に噴流
水６を導いて、その噴流水６をスカート１０の外面に沿
って吐出させると、周囲の水を巻き込むため、少流量の
水噴流によって水カーテン６ａを形成することができ
る。したがって、スカート１０の先端と母材８との間の
距離を大きくとることができ、広い気相領域９を形成す
ることができ、これにより、溶接部の急冷を防止するこ
とが可能となる。

【００１９】上記において、内筒２の内径は１２〜１５
mmに絞ってあるが、これは、溶接ビード形状に影響を与
えない程度にシールドガス７の流速を高めることができ
るからであり、これにより、少流量のシールドガス７に
より安定した気相領域９を形成することができる。

【００２０】又、本発明では、スカート１０の広がり角
度θを７０〜８０°に設定してあるが、これは本発明者
の実験による知見によるもので、７０〜８０°の範囲の
ときに、スカート１０の先端と母材８との間の距離を最
も大きくできて広い気相領域９の形成が可能であった。
因に、最大でスカート１０の先端直径の１．５倍程度の
直径を有する気相領域９の形成が可能となる。

【００２１】次に、図２は本発明の他の実施の形態を示
すもので、図１に示したものと同様な構成において、ス
カート１０の内面を湾曲面１０ａとしたものである。

【００２２】図２に示すように、スカート１０の内面に
湾曲面１０ａを形成すると、その分だけ気相領域９を広
くすることができ、更に、アーク１ａの光が湾曲面１０
ａで反射して溶接部周辺に集められるため、輻射熱によ
って溶接部周辺を効率よく加熱することができる。した
がって、水中溶接を行いながら溶接部の予熱、及び溶接
後の急冷をより効果的に防止することができ、溶接欠陥
の低減を図ることができる。

【００２３】

【実施例】次いで、本発明者が行った各種の実験結果に
ついて説明する。

【００２４】図３は、スカート１０の広がり角度を７５
°、ノズルの高さ（スカート１０の先端と母材８との間
の距離）を７mmとし、水カーテン流量（ｌ／min ）をそ
れぞれ１０（△印）、１３（○印）、１５（□印）とし
た場合のシールドガス流量（ｌ／min ）とシールド領域
（気相領域９）の直径（mm）との関係を示すもので、シ
ールドガス流量が４０程度を超えると、シールドガス流
量に拘らずシールド領域の直径が安定することが分か
る。

【００２５】図４は、スカート１０の広がり角度を７５
°、ノズルの高さを７mm、シールドガス流量（ｌ／min
）を５０とした場合の水カーテン流量（ｌ／min ）と
シールド領域の直径（mm）との関係を示すもので、水カ
ーテン流量が約８〜１７の間ではシールド領域の直径に
殆ど影響を及ぼさないことが分かる。

【００２６】図５は、上記図３及び図４における安定し
たシールドガス流量と水カーテン流量のもとで、スカー
ト１０の広がり角度をそれぞれ４５°（△印）、６０°
（○印）、７５°（□印）に変化させて行ったノズルの
高さとシールド領域の直径との関係を示すもので、角度
が７５°でノズルの高さが７〜９mmの範囲のときにシー
ルド領域の直径がピークとなることが分かる。

【００２７】図６は、スカート１０の広がり角度を７５
°、ノズルの高さを７mmとし、上記図４における安定し
た水カーテン流量のもとで、圧力をそれぞれ０．１ＭＰ
ａ（□印）、０．４ＭＰａ（○印）、０．６ＭＰａ（△
印）に変化させて行ったシールドガス流量（ｌ／min ）
とシールド領域の直径（mm）との関係を示すもので、い
ずれの圧力下においてもシールドガス流量が５５辺りを
超えるとシールド領域の直径が安定することが分かる。

【００２８】このように、スカート１０の角度及びシー
ルドガスを供給する内筒２の内径を工夫することで、溶
接を行うための充分なノズルの高さを確保でき、且つス
カート１０の先端直径よりも広い範囲のシールド領域を
安定して形成することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の水中溶接用ト
ーチノズルによれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 中心部に溶接ワイヤを通すようにした内筒と、該内
筒の外周部に隙間をあけて配置した外筒とを備えて、内
筒の内側にシールドガスを供給するようにすると共に、
内筒と外筒との間に噴流水を導くようにした２重ノズル
構造とし、且つ上記内筒の先端に、末広がりとなるよう
に所要の角度でラッパ状に広がるスカートを一体に設け
た構成としてあるので、スカートの外面に沿って吐出さ
れる噴流水が周囲の水を巻き込むことにより、少流量の
水で水カーテンを形成することができて、広い気相領域
を形成することができ、溶接部の急冷を防止することが
できる。 (2) 内筒の内径を１２〜１５mmとし且つスカートの広が
り角度を７０〜８０°とした構成とすることにより、シ
ールドガス流速を高めることができ、少流量のシールド
ガスにより安定した気相領域を形成することができる。 (3) スカートの内面を湾曲面とした構成とすることによ
り、気相領域を更に広くすることができると共に、アー
ク光の輻射熱を溶接部周辺に集め易くすることができ
て、溶接後の急冷をより効果的に抑えることができ、溶
接欠陥を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水中溶接用トーチノズルの実施の一形
態を示す概略図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す概略図である。

【図３】シールドガス流量とシールド領域の直径との関
係を示す図である。

【図４】水カーテン流量とシールド領域の直径との関係
を示す図である。

【図５】ノズルの高さによるシールド領域の変化を示す
図である。

【図６】圧力下におけるシールドガス流量とシールド領
域の直径との関係を示す図である。

【図７】水カーテン式の水中溶接方法の一例を示す概略
図である。

【図８】気相領域の一形態を示すもので、（イ）は概略
側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。

【図９】気相領域の他の形態を示すもので、（イ）は概
略側面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。

【図１０】気相領域の更に他の形態を示すもので、
（イ）は概略側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ方向矢視
図である。

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ ２ 内筒 ３ 外筒 ６ 噴流水 ７ シールドガス ８ 母材 ９ 気相領域 １０ スカート １０ａ 湾曲面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に溶接ワイヤを通すようにした内
   筒と、該内筒の外周部に隙間をあけて配置した外筒とを
   備えて、内筒の内側にシールドガスを供給するようにす
   ると共に、内筒と外筒との間に噴流水を導くようにした
   ２重ノズル構造とし、且つ上記内筒の先端に、末広がり
   となるよう所要の角度でラッパ状に広がるスカートを一
   体に設けた構成を有することを特徴とする水中溶接用ト
   ーチノズル。
2. 【請求項２】 内筒の内径を１２〜１５mmとし且つスカ
   ートの広がり角度を７０〜８０°とした請求項１記載の
   水中溶接用トーチノズル。
3. 【請求項３】 スカートの内面を湾曲面とした請求項１
   又は２記載の水中溶接用トーチノズル。