JPS58212877A - 固定管の全姿勢ノンギヤツプｔｉｇ溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定管の円周突合せ部をＴＩＧ溶接法（以下デ
ィグ溶接法という）Ｋよシ全姿勢溶接する方法に関する
ものでるる。

ティグ溶接法は、アルゴンガス等の小話ｆ１カス雰囲気
中で溶接するため、不純ガス成分等が混入しない優れた
溶接部が得、られるという特徴を有し、高級材料の溶接
法として、広く工業界に使われている溶接法の１つであ
る。

しかしながらディグ溶接法は、アーク力が弱く、溶着能
率が低いという欠点がｌ）、これらを解消する目的で、
電源特性をパルス制御、ある（・は・・イ・パルス制御
する方法、またはワイヤーに通電して予熱する方法るる
いはアークを磁気制御する方法またはガス圧制御する方
法など、多数の方法が提供されている。

これらはそれぞれの目的に応じて、アークを制御するこ
とにより得られる効果を得るための方法な′講すること
によシ、それぞれの目的を達するといりものである。こ
こでは、プラント配管およびガス、石油等のパイプライ
ンの配管作業における鋼管の突合せ溶接に関するものを
とりめげている。

このような管の突合せ溶接は、全姿勢溶接となるため非
常にむづかしく、現在、熟練溶接］による手溶接法が主
流を占めている。しかしながら最近では自動溶接法も１
部実用され始めている。

従来、固定管のティグ溶接においては、管相互の突合せ
間隙を２〜４１ｍに開先合せして、この間に、溶融メタ
ルをブリッジさせて、初層裏波溶接を行っている。この
開先合せ間隙を、全周にわたって２〜４ＮＩＫ設定する
作業は多大の労力と時間を要している。

ここで開先間隙をＯとした開先で溶接が可能となれば、
管と管を突合せるだけでよいため、その作業時間が大巾
に短くなシ、また同一開先角度ならば、溶接すべき開先
断面積が小さくなり、作業能率も向上する。

開先間隙を０と・した開先でディグ溶接した場合、通常
の電流では当然溶込み不足が発生する。

そこで電流を上げるが、′ＩＩＬ！Ｍを上げても裏波溶
接が可能な適性条件範囲は非常に狭く、溶落ちが生ずる
か、もしくは裏波溶接ビードが突出するかのいずれかと
なる。また開先形状のわずかな変動るるいは溶接姿勢が
刻々と変動するパイプの全周溶接では全く不可能である
といってよい。従？て、従来法では常に開先間隙を２〜
４寵として溶接しているのである。

本発明は、これらの問題を解決するために開発されたも
ので、その要旨は固定管をＶ又は０字開先加工して突合
せディグ溶接法で溶接する際、溶接進行方向に対し前方
からワイヤを送給し、後方からアークおよび溶融池に向
けて不活性ガスを噴射して、該噴流ガスにょシ、溶融池
表面に冷却凝固層を積極的に形成すると同時にさらに溶
接進行方向に対し、直角方向にタングステン電極を中心
にして、並列に不活性ガスノズル２ケよシネ活性ガスを
噴射して、すなわち３ケのノズルよシネ活性ガスを噴射
して、溶融池表面に冷却凝固層を形成することにより、
ノンギヤツブ初層裏波溶接を形成せしめる方法を提供す
るものでろる。

本発明者らの実験によると、本性により溶融池を強′制
冷却することにょシ、溶融池表面ＶＣ＃固層を積極的に
形成せしめれば、該凝固層がＦ向姿勢溶接においては、
溶落ち防止に有効に働らき、また上向姿勢溶接において
は、裏波溶接ビードはくぼむことなく、安定して突出し
たビードが形成され、パイプの全姿勢溶接を可能にする
ものでろる。

以下本発明について詳細に説明する。

第１図（１）は従来法ティグ溶接法を示す概念図で、←
）はノンギャップ開先に溶接した場合の１断面を示すも
のである。図中、１は溶接トーチ。

２はタングステン電極、３は溶接ワイヤ、４は鋼管母材
、５は溶接ビード、６はこの場合ンζ発生した浴込不足
の１＋”ｔ：　＃ｔを示している。

第２図は本発明の原理を示す概−企図で、（イ）は側面
図、（ロ）はその平面図で、（ハ）はノンギャップ開先
に溶接した断面図を示している。図中７−１は、溶接進
行方向後方から不活性ガスを噴射するノズル、７−２．
７−３は溶接進行方向に対し、直角方向にタングステン
ｔＴｈを中心にして並列Ｋ　＋ｉＱ置［７六二不活＋′
１ガス噴射ノズルを示している８、すなわちタングステ
ン電極と母材の間で発生したアーク熱によシ、母材とワ
イヤを溶かし、溶融プールが形成されるのであるが、こ
の溶融池に、３方向から不活性ガスを噴射して凝固させ
るものでるる。

溶融池を強制冷却すると同時に、アークも偏向するため
、安定した裏波溶接が形成されるのでろるが、この状況
を第３図、第４図に示す。

第３図は従来法ティグ溶接の溶融プールおよび溶接ビー
トを示す概念図で、（イ）は平面図、（ロ）は縦断面図
、（うは溶接部の横断面図でるる。

第４図は本発明法のもので、（イ）は平面図、（ロ）は
縦断面図、（ハ）は溶接部の横断面図でるる。

これら両者は溶接能形状に大きな相異が認められる。す
なわち従来法ではタングステン電極２（アーク発生点）
を中に、細長い溶融池を形成しており、溶融メタルは矢
印８で示す方向に対流して（・る。

一方本発明法ではタングステン電極２（アーク発生点）
直下近くで直ちに凝固が開始され、また両側面からの噴
流ガスによシ、溶融プールは狭められて、三角形状とな
っている。それとともに溶融メタルは矢印８で示す方向
に対流し、縦断面図（ロ）で示すように、裏面側に対流
して裏波ビードを形成することになる。この縦断面図（
ロ）でも、溶融プールは三角形状となって、表面側か先
に凝固しているのがわかる。また横断面図（ハ）でもわ
かるように、裏波ビードが広くなって突出している。こ
こで９が強制冷却凝固層でこれにささえられて全姿勢溶
接が安定してできるものでろる。

次に実施例について説明する。

材質ＳＧＰの６００Ａ　Ｘ　９．５　ｔ　Ｏ，）鋼管に
、■開先（開先角度６５°）加工した試験材について実
施した試験結果を表１Ｋ示した。

従来法の場合ギャップろシとなしの両方１（ついて示し
たが、ギャップ６ｐの場合でも溶接条件範囲が狭く、ま
た上向姿勢溶接で裏ビートが若干くぼむこともｉるので
非常に熟練を要する作業となる。

表１ また溶接進行に従い、溶接熱によシ開先ギャップが変動
するため、その状況に応じて、条件調整をする必要がろ
るなど、一般的にむつかしい技量を要する方法でるると
いえる。さらに全周均一に開先ギャップを設定するのに
時間がかがシ、非能率的である。

次に従来法によジノンギャップで溶接した場。

合であるが、第１図（１）、　（ｏ）Ｋも示すようＣζ
、電流が低いと溶造不足の欠陥が生じ、電流をにげると
溶落ちが発生して、溶接は不可能でろる。

そこで本発明法でるるが、溶接進行方向Ｖζ対し、後方
からのガス圧制御用ノズルからの噴射ガスにより、アー
クを前方に偏向させると同時にアーク直下の溶融メール
表面を強制冷却し−Ｃ１凝固層を積極的に形成せしめる
作用をし、一方タングステン電極を中心にして、ガス圧
制御用ノズル２ケを、溶接進行方向に対し直角に並置し
たノズルから噴射されたガスにより、アークは縦方向に
細く絞ることによシ、アークの集中性を高めて、アーク
力を強くし、裏波溶接をロエ能にせしめると同時に、第
２図Ｃつの７′矢印（噴流ガス）Ｋよシ、開先側面の溶
融メタルをおさえ、同時に凝固層を積極的に形成せしめ
るようにしている。

この凝固層９が先に形成されることによシ、下向姿勢に
おいては溶融メタルが溶落ちすることなく、また上向姿
勢においてもこの凝固層９にささえられて、溶融メタル
がくぼむこともなく、常に安定して初層裏波溶接を形成
せしめることが可能となったものである。

この場合の裏波ビード形状を測定してみると、裏ビート
巾は４〜５．５　ｍ　、裏ビード高さは０．２〜０．８
１１の範囲で安定している。

ここでこの表面凝固層の溶接熱サイクルを考えてみる。

第５図に溶接凝固熱サイクルの曲線を示した。図中１１
は従来法の溶接熱サイクルで、凝固までの時間】０がな
がい。三方図中１３は水沫による場合の表面凝固層の熱
サイクルで、凝固までの時間１２が短かくなっている。

すなわちメタルの溶融している時間が長いと、その間に
起る外的トラブルによる溶融池のバランスが崩れる確立
が高くなるわけでろる。例えばメタルの表面張力るるい
はその断面ビード全体として凝固する際の収縮等による
裏波ビードのくぼみ。

または溶落ち等が発生する。

本発明の場合、部分的に強制冷却して凝固層を形成せし
めるので、その部分の溶融時間が短かくなり、よってよ
り安定したブリッジが持続できるわけでおる。しかもこ
の凝固層は表面側のみでるるため、その制限丁で溶融池
の対流は裏波を主体にして行なわれるようになり、裏波
ビードは溶は落ちることなく安定するのでらる。

以上本発明は溶融池に向けて、３方自から１２活性ガス
を噴射させ、溶融メタルを強制冷却させ、同時にアーク
を偏向させることにより、初層裏波溶接を可能匠したも
のであるが、本発明の効果は、２層目以降の１接におい
ても同じ効果が得られている。すなわち溶融金属のたｉ
ｔ／Ａちを防ぐことができるようＣζなり、溶着能率を
高めることができるものでるる。また溶接姿勢の変化ν
ζよるビード形状の変動も少なくなって、常に安定した
溶接が可能となったものでらる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法ティグ溶接の説明図、第２図は不法ガス
圧制御ティグ溶接の説明図、第３図は従来法の説明図、
第４図は本発明の溶接ビード形成の説明図、第５図は溶
融池表面の溶接凝固熱サイクルの説明図でりる。 １・・・溶接トーチ　　　　２・・・タングステン電極
１ａ ３・・・溶接ワイヤ　　　　４・・・溶接母材５・・、
溶接ビード　　　　６・・・溶造不足７・・・ガス圧制
御ノズル　７′・・・ガスの加圧方向矢印８・・・溶融
メタルの対流方向　　９・・・凝固層１（１・・・従来
法の溶融時間　１１・・・従来法の熱サイクル１２・・
・拳法の溶融時間　　１３・・・拳法の熱サイクル５・
；１・ｊ ｉｉＪ／聞 簾２凹 ８３１！１ ］１′。 扇Ｓ圀 一→鱒間 手続補正書（自発） 昭和５７年９月１０日 特許庁長官若　杉　和　夫　殿 ｌ事件の表示　昭和５７年特許願第　９３０８６　　号
２発明の名称　固定管の全姿勢ノ／ギャップＴＩＧ溶接
法３補正をする者　事件との関係　特許出願人件　所　
　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名　称　　（６
６５）　　新日本製鐵株式置針代表者　　武　１）　　
　豊 ４代　理　人 住　所　　東京都中央区日本橋３丁目３番３号加藤ビル
４Ｆ ６補正により増加する発明の数 ７補正の対象　明細潜の発明の詳細な説明の欄８補正の
内容 １、明細外６頁１．１行「・ｄ液洩」を「溶融池」に訂
正−ぐる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＴＩＧ溶接法により固定管を突合せ溶接するＫあたり、
   溶接進行方向に対して、タフゲステン電極を中心にガス
   圧制御用ノズル２ケを直角に並置し、かつ溶接進行方向
   の後方にもう１つのガス圧制御用ノズルを並置し、ワイ
   ヤーは溶接進行方向の前方から送給するようにした溶接
   トーチを用いて溶接し、溶接申告ノズルから不活性ガス
   を噴射して、該噴流ガスによシ、アークおよび溶融池表
   面を冷却制御して、ノンギャップ、初層裏波溶接するこ
   とを特徴とする固定管の全姿勢ノンギャップＴＩＧ自動
   溶接法。