JPS6025230B2 - フラツシユ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフラッシュ溶接方法に関し、特にフラッシュ溶
接継手の品質の改善に関するものである。

フラッシュ溶接法は、相対向した被溶接材間に電圧を印
加し、被溶接材端面間の接触によって発生する抵抗発熱
、アーク放電等によって端面の加熱を行い、被溶接材の
溶融温度に達した後、被溶接材料間を加圧し、継手を形
成する溶接方法である。

現在、フラッシュ溶接法は、広い分野において採用され
ているが、近年被溶接材の大断面化、あるいは高強度化
により、フラッシュ溶接部軸性の問題が重要になってき
ている。

例えば、石油パイプラインにおける太径パイプの継手に
は、その使用環境から、低温において高い轍性値が要求
されており、フラッシュ溶接法を適用する上での解決す
べき大きな議題となっている。

また船舶用のチェーン等の製作にあたっては、従釆より
このフラッシュ溶接法が採用されて来ているがチェーン
の高強度化、太径化に伴ない劉性の間導が生じ、特に溶
接部の敵性が劣化するという大きな問題が顕在化してき
た。このようなフラッシュ溶接による継手の瓢性の劣化
の理由は、次の２点による。

まず第１の理由は、フラッシュ溶接法による継手は、先
に述べたような過程で端面を加熱し、被溶接材を溶融加
圧することによって、両端面間の接合がなされるわけで
あるが、フラッシュ溶接法においては、ＴＩＧ，ＭＩＧ
、溶弧溶接等のアーク溶接の場合と異り溶接材料を全く
使用しないことによる。すなわち、フラッシュ溶接継手
においては、外部からの合金元素の添加が全くなされず
、従って継手の級性は被溶接材成分によって左右される
ことになる。一方被溶接材として使用される材料のイＧ
学成分はフラッシュ溶接性を考慮したものではなく、単
にその使用目的から決定されたものである。このような
被溶接材の強度、籾性は、圧延、熱処理等によって得ら
れるものであるから、フラッシュ溶接継手の接合部の如
く一度加熱、溶融してしまうとその特性は失なわれてし
まう。これが瓢性劣化の原因である。第２の級性劣化の
原因は溶接欠陥である。

フラッシュ溶接継手の欠陥をなくすためには、加熱行程
であるフラッシング時に均一なフラッシュを発生させる
こと、溶接最終行程である加圧（アプセツト）直前の被
溶接材の端面温度が十分溶融温度に達していること、端
面が酸化を起こしたりせず清浄に保たれていること、あ
るいは端面の凹凸が少ないことなどが必要となる。しか
しながら薄板広中材、太径パイプ、太径の丸榛等の大断
面積を有する材料をフラッシュ溶接する場合には、フラ
ッシュを端面全体に均一に発生することが難かしいこと
、端面の凹凸が大きいことなどによって溶接欠陥の発生
が多い。

これは局部的にフラッシュが発生することにより、その
結果集中部分に凹状のくぼみ（クレーター）が形成され
、これが溶接後に欠陥として残留することになり、溶接
継手の籾性劣化の原因となる。従来、以上の問題を解決
するために、フラッシュ電圧の低下、溶接機のインピー
ダンスの低下、制御方法の検討、アプセツト加圧力の検
討等種々の対策がたてられ、籾性の改善、品質の向上を
試みてきた。しかしながら、このような方法はある程度
欠陥の発生を抑止する効果はあるものの第１の理由によ
る趣性の劣化は防ぐことができず靭性の向上には限界が
あった。本発明は以上述べた点を鑑み、フラッシュ溶接
継手の接合部に外部から合金元素を添加することにより
溶接継手の級性を改善することを目的とするものである
。

即ち本発明は被溶接材の突き合せ端部に隣接した側面の
溶接変圧器側の面に補助材を設けこれらの材料を同時に
フラツシングさせることを特徴とするフラッシュ溶接方
法である。

以下図面に従って詳細に説明する。

フラッシュ溶接法は第１図に示すように、電極２に固定
された被溶接材１間に電圧（フラッシュ電圧）を印加し
、被溶接材端面を互に軽く接触させながら（この過程を
フラッシングという）両端面を加熱し、端面が十分溶融
温度に達した時、両端面間を急速に加圧し（この過程を
アプセツトという）溶接を完了する。フラッシング中に
は、両端面が部分的に接触するが、この時接触部分には
大きな短絡電流が流れ、接触部は短時間で溶融温度に達
し、瞬時に焼き切れてしまう。本発明者らは、この接触
部の現象を詳細に観察することにより第２図に示すよう
に接触部４の溶融金属が主として、被溶接材の溶接変圧
器３側の位置する反対方向に移動、あるいは飛散するこ
とを見出した。

この現象は次のように説明される。

即ち、端面間に接触４が起きると溶接変圧器３の二次側
は開回路となり、二次回路には、数千〜数万Ａの大略流
が流れる。この時二次回路の周囲の空間には※３図に示
すようにこの大電流による磁束５が形成されることにな
る。この二次回路の周囲の磁束分布は、同図からわかる
ように、二次回路の内側で密となり外側で疎となる。こ
の結果、接触部４の通電中の溶融金属あるいは被溶接材
間に形成されたアークには目からの電流とその磁場との
相互作用により二次回路の内側から外側に向かう駆動力
が生じて、接触部の溶融金属を外側、即ち溶接変圧器３
の反対側に移動あるいは飛散させる。本発明はこのよう
なフラッシュ溶接時の状況に利用したものであって、そ
の一例を第４図に示す。両被溶接材１の突き合せ端部に
隣接した側面の溶接変圧器側３の面に補助材６を隣接せ
しめ、これらの材料を同時にフラッシュ溶接すると、フ
ラッシング中被溶接材１および補助材６端面において同
等にフラッシュが発生し、両者とも加熱溶融される。こ
の時被溶接材１に隣接した補助材６機面で起った接触で
形成された溶融金属は、先に述べた現象により、被溶接
材端面間を溶接変圧器３と反対側方向に移動あるいは飛
散する。この移動の結果、溶融金属は被溶接材１の溶接
変圧器３の反対側に達すると、ついには飛散してしまう
ことになる。このように、補助材の熔融金属が溶接変圧
器の反対方向への移動飛散によって、被溶接材端面には
補助材の溶融金属の一部が残されるがこのような過程の
繰返し‘こより被溶接材端面全面には補助材６の溶融金
属の層が形成され、その結果被溶接材１の溶融金属との
健梓もあいまって被溶接金属端面には、被溶接材とは異
った組成の溶融金属合金層が形成される。このような被
溶接材と異つた組成を有する溶融金属層を形成すること
により、従釆フラッシュ溶接法で得られる継手とは木質
的に品質の異る溶接継手が得ることが可能である。ここ
で補助材６として使用する材質としては、被溶接材継手
の籾性の向上に効果のある元素からなる単一元素材料、
あるいは２種ち久上の元素からなる合金元素を使用する
ことにより、被溶接材端面に、靭性向上のための元素を
添加することができる。

その結果、従釆に比較して飛躍的に轍性の優れたフラッ
シュ溶接継手を得ることができる。また本発明によれば
、補助材６を用いて、フラッシュ溶接現象を制御するこ
とが可能となり、ひいては、接合部の欠陥を減少させう
ろことができる。即ち、フラッシュ溶接現象は、被溶接
材端面に形成された溶融金属の成分は、温度によって大
きく変化する事が通常知られているが、先に述べた補助
材によって合金元素を添加することにより、溶融金属の
成分あるいは、融点、粘性等の物理的性質を変化させる
ことができる。この添加する元素の成分あるいは添加量
を被溶接材に応じて選択すれば、均一で細かいフラッシ
ュの発生が可能となって、凹凸のない被溶接材端面とな
り、この結果、欠陥のないフラッシュ溶接継手を得るこ
とができる。また、一般に溶接接合面にはＳｉ，Ｍｎ等
の酸化物からなる介在物が多く形成され、これは継手の
轍性にとって有害である。

このような介在物が形成されやすいのは、フラッシング
中に被溶接材端面間に空気を巻きこみやすいためである
。本発明法によれば、このような介在物の発生をも、Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｎ等の脱酸元素の添加により抑制することが
でき、籾性の改善が可能である。以上述べた本発明の説
明により補助材は、被溶接材に隣接し、かつ溶接変圧器
の位置する側の面に配置されなければならない。補助材
が熔接変圧器の位置する側と反対の面に配置された場合
には、被溶接材端面の全面について合金元素を均一にす
ることは困難である。本発明者らの今までの検討による
と、本発明で使用する補助材の大きさとしては第４図に
示すように例えば被熔接材が平板の場合には被溶接材１
の中と同じ長さ１を有し、また中ａは被溶接材１の片側
のフラッシュ代と等しいかそれ以上であれば良い。

補助材の厚さｂについては、被溶接材の厚さに応じて選
べばよく、被溶接材が厚い場合には、補助材も厚くした
方が好結果が得られる。また使用する補助材の形状は、
被溶接材の形状に応じて選択する必要がある。即ち、第
４図においては被溶接材が平板の場合を示したが、被溶
接材が丸棒、パイプの場合には、第５図および第６図に
示すような補助材形状あるいは配置にする必要がある。
更に、被溶接材１がパイプ材の場合には、第７図、第８
図に示す如く、環状の溶接変圧器９をパイプ材の外側あ
るいは内側に配置してフラッシュ溶接することがある。
このような場合には、第７図、第８図に示すように溶接
変圧器９の配置に応じて被溶接材１の外面あるいは内面
に補助材６を配置すれば良い。第７図の態様は榛材の場
合にも適用可能である。なお、本発明においては補助材
が１種類に限られるものでないことはもちろんであり、
目的に応じて何種類かの補助材を適宜組合わせて同時に
用いることができる。

例えば、第９図、第１０図に示す如く、２種類以上の補
助材６，７，８を種々組みあわせることにより、２種類
以上の合金元素を添加することが可能である。本発明に
おいて、補助材６の板厚が被溶接材１に対して比較的薄
ければ、得られるフラッシュ溶接継手形状は第１１図に
示す如く、被溶接材１についてはアプセツト部１０が生
ずるが、補助材６については被溶接材１によって外側に
変形させられアブセツト部は生ぜず、被溶接材１からは
分離した形となる。

従って補助材６はフラッシュ溶接後容易に除去すること
ができ、溶接継手を使用する上で支障となることはない
。以上、特に溶接部の靭性を中心に説明したが、補助材
成分を選定することにより、溶接部の引張強度、曲げ、
疲労、腐食等の諸性質の改善をはかれることは言うまで
もない。

本発明は前述の如く、フラッシュ溶接現象の観察に塞い
た新しい知見によるものであり、従来全く行なわれてい
なかったフラッシュ溶接接合面への合金元素添加を簡便
に可能にするものである。

次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。第
１表に示す化学成分を有する材料を被溶接材および補助
材として用い、本発明法あるいは従釆法にてフラッシュ
溶接を行った。ここで従来法とは、補助材を用いず被溶
接材のみで溶接した場合である。被溶接材寸法は板厚６
脚、中３００肋、長さ２００側である。補助の寸法は板
厚２肋、中３０仇岬、長さ１５仇岬である。補助材は、
それぞれ１種類を第４図に示すように配置した。第 １
表 供試材成分（ｗｔ多） 溶接条件を第２表に示す。

第 ２ 表 溶接条件 第３表に本発明法および従来法による溶接部のシャルピ
ー衝撃試験結果を示す。

切欠位置は接合面とし、試験温度は０００である。第３
表に示されるように本発明法によれば、溶接部のシャル
ピー衝撃値が従来法より向上し、本発明法の効果は明ら
かである。尚、本発明法によって得られた溶接部のその
他の機械的性質も十分なものであった。第３表 シヤル
ピー衝撃試験結果（２物Ｖノッチ，５柳サプサイズシヤ
ルピ‐試験）、、べて たように、 明によれば、従来
不可能であったフラッシュ溶接部への合金元素添加が可
能となり、従来法と比較して磁性の優れたフラッシュ溶
接継手を得ることができる。

本発明法は、先に述べた平板、丸棒、パイプに限らず、
種々の断面形状を有する材料に対して適用が可能である
。また、本発明法は、被溶接材料としてステンレス鋼を
含む各種鋼一般はもちろん、銅、アルミニュームおよび
これらの合金等、非鉄金属材料のフラッシュ溶接にも適
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従釆法によるフラッシュ溶接の摸式図、第２
図は、端面の溶融金属移動の湊式図、第３図は、二次回
路にて形成される磁束の分布を示す摸式図、第４図は、
本発明法の一例を示す図、第５図は、本発明法において
被溶接材が丸棒の場合例を示す図、第６図は、本発明法
において、被溶接材がパイプ材の場合の例を示す図、第
７．８図は本発明法において環状の溶接変圧器を用いた
場合の例を示す図、第９，１０図は本発明において、補
助材を２種類以上用いた場合の例を示す図、第１１図は
本発明法によって得られる継手断面形状の一例を示す図
である。 １：被溶接材料、２；電極、３：溶接変圧器、４：端面
の接触部分、５；磁束、６，７，８；補助材、９；環状
の溶接変圧器、１０；ァブセット部。 第１図 第２図 第６図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接材の突き合せ端部に隣接した側面の溶接変圧
   器側の面に補助材を設け、これらの材料をフラツシング
   させることを特徴とするフラツシユ溶接方法。