特開 2017-205786 溶接装置および溶接構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-205786(P2017-205786A)

(43)【公開日】2017年11月24日

(54)【発明の名称】溶接装置および溶接構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/18 20060101AFI20171027BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20171027BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/18 E

   B23K9/18 A

   B23K9/12 301C

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-99482(P2016-99482)

(22)【出願日】2016年5月18日

(71)【出願人】

【識別番号】000200367

【氏名又は名称】川田工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514080109

【氏名又は名称】サカヰ産業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】早川 清

(72)【発明者】

【氏名】津山 忠久

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB05

4E001CA01

4E001DA01

4E001DB01

4E001DC01

(57)【要約】

【課題】入熱量を抑えつつ溶接速度を増加できる溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置１は、ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８と台車３とを備える。第１ワイヤ支持部３２は、溶接対象物１００に対して第１アークを発生させる第１溶接ワイヤ４２を支持する。第２ワイヤ支持部３４は、溶接対象物１００に対して第２アークを発生させる第２溶接ワイヤ４４を支持する。第３ワイヤ支持部３６は、溶加材である第３溶接ワイヤ４６を第１アークおよび第２アークによる入熱部に供給する。第４ワイヤ支持部３８は、溶加材である第４溶接ワイヤ４８を入熱部に供給する。台車３は、ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８が所定の位置関係になるように固定可能に構成され、溶接対象物１００の上を移動可能に構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接対象物に対して第１アークを発生させる第１溶接ワイヤを支持する第１ワイヤ支持部と、
前記溶接対象物に対して第２アークを発生させる第２溶接ワイヤを支持する第２ワイヤ支持部と、
溶加材である第３溶接ワイヤを前記第１アークおよび前記第２アークによる入熱部に供給する第３ワイヤ支持部と、
溶加材である第４溶接ワイヤを前記入熱部に供給する第４ワイヤ支持部と、
前記第１〜第４ワイヤ支持部が所定の位置関係になるように固定可能に構成され、前記溶接対象物の上を移動可能な台車とを備える、溶接装置。

【請求項2】

前記第１ワイヤ支持部は、前記第１溶接ワイヤを前記溶接対象物における溶接ラインの溶接進行方向の前方から１番目に配置されるように支持し、
前記第２ワイヤ支持部は、前記第２溶接ワイヤを前記溶接ラインの前記溶接進行方向の前方から２番目に配置されるように支持し、
前記第３ワイヤ支持部および前記第４ワイヤ支持部は、前記第３溶接ワイヤおよび前記第４溶接ワイヤが前記溶接進行方向の前記第２溶接ワイヤの後方から前記溶接ラインに供給されるように前記第３溶接ワイヤおよび前記第４溶接ワイヤを支持する、請求項１に記載の溶接装置。

【請求項3】

前記第３ワイヤ支持部は、前記溶接進行方向に向かって右側の後方から前記第３溶接ワイヤが前記入熱部に供給されるように前記第３溶接ワイヤを支持し、
前記第４ワイヤ支持部は、前記溶接進行方向に向かって左側の後方から前記第４溶接ワイヤが前記入熱部に供給されるように前記第４溶接ワイヤを支持する、請求項２に記載の溶接装置。

【請求項4】

前記第１溶接ワイヤの電流が前記第２溶接ワイヤの電流より大きく、かつ前記第１溶接ワイヤの電圧が前記第２溶接ワイヤの電圧より低くなるように、前記第１溶接ワイヤおよび前記第２溶接ワイヤに電力を供給する電源装置をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接装置。

【請求項5】

前記第１溶接ワイヤより溶接進行方向の前方に供給するフラックスを貯留するホッパをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接装置。

【請求項6】

第１溶接ワイヤと溶接対象物との間に第１アークを発生させる工程と、
第２溶接ワイヤと前記溶接対象物との間に第２アークを発生させる工程と、
前記第１アークおよび第２アークによる入熱部に溶加材である第３溶接ワイヤを供給する工程と、
前記入熱部に溶加材である第４溶接ワイヤを供給する工程とを備える、溶接構造体の製造方法。

【請求項7】

前記第１アークを発生させる工程において、前記第１溶接ワイヤを溶接ラインの溶接進行方向の１番目に配置し、
前記第２アークを発生させる工程において、前記第２溶接ワイヤを前記溶接ラインの前記溶接進行方向の２番目に配置し、
前記第３溶接ワイヤを供給する工程および前記第４溶接ワイヤを供給する工程において、前記第３溶接ワイヤおよび前記第４溶接ワイヤを前記第２溶接ワイヤの前記溶接進行方向の後方に配置し、
前記第１〜第４溶接ワイヤを前記溶接進行方向に移動させる工程をさらに備える、請求項６に記載の溶接構造体の製造方法。

【請求項8】

前記第３溶接ワイヤを供給する工程において、前記溶接進行方向に向かって右側の後方から前記第３溶接ワイヤが前記入熱部に供給されるように前記第３溶接ワイヤを支持し、
前記第４溶接ワイヤを供給する工程において、前記溶接進行方向に向かって左側の後方から前記第４溶接ワイヤが前記入熱部に供給されるように前記第４溶接ワイヤを支持する、請求項７に記載の溶接構造体の製造方法。

【請求項9】

前記第１溶接ワイヤの電流が前記第２溶接ワイヤの電流より大きく、かつ前記第１溶接ワイヤの電圧が前記第２溶接ワイヤの電圧より低くなるように、前記第１溶接ワイヤおよび前記第２溶接ワイヤに電力を供給する、請求項６〜８のいずれか１項に記載の溶接構造体の製造方法。

【請求項10】

前記第１溶接ワイヤより溶接進行方向の前方にフラックスを供給する工程をさらに備える、請求項６〜９のいずれか１項に記載の溶接構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、溶接装置および溶接構造体の製造方法に関し、特に、電極ワイヤとフィラーワイヤとを使用してアーク溶接を行なう溶接装置および溶接構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アークを発生する電極として消耗電極ワイヤを用い、消耗電極ワイヤの後方に、２本目の溶接ワイヤであるアークを発生しない溶加材としてフィラーワイヤを送給する、２ワイヤ溶接が知られている。

【0003】

このような、２ワイヤ溶接の一例が、特開２０１４−２１３３３１号公報（特許文献１）に示されている。このワイヤ溶接方法は、消耗電極ワイヤとしてのワイヤと溶接母材との間に電圧を印加することにより消耗電極ワイヤからアークを発生させながら溶接方向に進行させるとともに、溶接方向後方からフィラーワイヤを供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−２１３３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特開２０１４−２１３３３１号公報には、２ワイヤ溶接の一例としてサブマージアーク溶接法（ＳＡＷ：Submerged Arc Welding）が記載されている。サブマージアーク溶接法は、溶接部に散布した粒状のフラックスの中に溶接ワイヤを送り込んで、フラックス中の溶接ワイヤと母材との間でアークを生じさせて溶接を行なう方法である。

【0006】

サブマージアーク溶接は入熱が大きく高能率である事から道路橋の鋼床板などでＩ桁首溶接に広く適用されている。そして、特開２０１４−２１３３３１号公報に開示されているように近年鉱床板の疲労対策から鋼板の厚板化が進み、１パスで溶接を完了させることが難しくなってきた。

【0007】

上記特開２０１４−２１３３３１号公報のように、電極ワイヤとフィラーワイヤとを１本ずつ使用することも考えられるが、さらに溶接速度を向上させることが望まれる。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、溶接速度が向上した溶接装置および溶接構造体の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明は、要約すると、溶接装置であって、第１〜第４ワイヤ支持部と台車とを備える。第１ワイヤ支持部は、溶接対象物に対して第１アークを発生させる第１溶接ワイヤを支持する。第２ワイヤ支持部は、溶接対象物に対して第２アークを発生させる第２溶接ワイヤを支持する。第３ワイヤ支持部は、溶加材である第３溶接ワイヤを第１アークおよび第２アークによる入熱部に供給する。第４ワイヤ支持部は、溶加材である第４溶接ワイヤを入熱部に供給する。台車は、第１〜第４ワイヤ支持部が所定の位置関係になるように固定可能に構成され、溶接対象物の上を移動可能に構成される。

【0010】

好ましくは、第１ワイヤ支持部は、第１溶接ワイヤを溶接対象物における溶接ラインの溶接進行方向の前方から１番目に配置されるように支持する。第２ワイヤ支持部は、第２溶接ワイヤを溶接ラインの溶接進行方向の前方から２番目に配置されるように支持する。第３ワイヤ支持部および第４ワイヤ支持部は、第３溶接ワイヤおよび第４溶接ワイヤが溶接進行方向の第２溶接ワイヤの後方から溶接ラインに供給されるように第３溶接ワイヤおよび第４溶接ワイヤを支持する。

【0011】

好ましくは、第３ワイヤ支持部は、溶接進行方向に向かって右側の後方から第３溶接ワイヤが第２アークの入熱部に供給されるように第３溶接ワイヤを支持する。第４ワイヤ支持部は、溶接進行方向に向かって左側の後方から第４溶接ワイヤが第２アークの入熱部に供給されるように第４溶接ワイヤを支持する。

【0012】

好ましくは、溶接装置は、第１溶接ワイヤの電流が第２溶接ワイヤの電流より大きく、かつ第１溶接ワイヤの電圧が第２溶接ワイヤの電圧より低くなるように、第１溶接ワイヤおよび第２溶接ワイヤに電力を供給する電源装置をさらに備える。

【0013】

好ましくは、第１溶接ワイヤより溶接進行方向の前方に供給するフラックスを貯留するホッパをさらに備える。

【0014】

この発明は、他の局面では、溶接構造体の製造方法であって、第１溶接ワイヤと溶接対象物との間に第１アークを発生させる工程と、第２溶接ワイヤと溶接対象物との間に第２アークを発生させる工程と、第１アークおよび第２アークによる入熱部に溶加材である第３溶接ワイヤを供給する工程と、入熱部に溶加材である第４溶接ワイヤを供給する工程とを備える。

【0015】

好ましくは、第１アークを発生させる工程において、第１溶接ワイヤを溶接ラインの溶接進行方向の１番目に配置し、第２アークを発生させる工程において、第２溶接ワイヤを溶接ラインの溶接進行方向の２番目に配置し、第３溶接ワイヤを供給する工程および第４溶接ワイヤを供給する工程において、第３溶接ワイヤおよび第４溶接ワイヤを第２溶接ワイヤの溶接進行方向の後方に配置する。溶接構造体の製造方法は、第１〜第４溶接ワイヤを溶接進行方向に移動させる工程をさらに備える。

【0016】

好ましくは、第３溶接ワイヤを供給する工程において、溶接進行方向に向かって右側の後方から第３溶接ワイヤが第２アークの入熱部に供給されるように第３溶接ワイヤを支持し、第４溶接ワイヤを供給する工程において、溶接進行方向に向かって左側の後方から第４溶接ワイヤが第２アークの入熱部に供給されるように第４溶接ワイヤを支持する。

【0017】

好ましくは、第１溶接ワイヤの電流が第２溶接ワイヤの電流より大きく、かつ第１溶接ワイヤの電圧が第２溶接ワイヤの電圧より低くなるように、第１溶接ワイヤおよび第２溶接ワイヤに電力を供給する。

【0018】

好ましくは、溶接構造体の製造方法は、第１溶接ワイヤより溶接進行方向の前方にフラックスを供給する工程をさらに備える。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、溶接速度が一層向上し、特に橋梁の床板などの大型構造物の溶接において効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】この発明の実施の形態に係る溶接装置の概略図である。

【図2】主溶接部２の形状を具体的に示した図である。

【図3】４本のワイヤを支持する支持部の形状の一例を示す図である。

【図4】４本のワイヤの位置関係の例を示す模式図である。

【図5】４本のワイヤの位置関係の第１の変形例を示す模式図である。

【図6】４本のワイヤの位置関係の第２の変形例を示す模式図である。

【図7】４本のワイヤの位置関係の第３の変形例を示す模式図である。

【図8】４本のワイヤの位置関係の第４の変形例を示す模式図である。

【図9】溶接速度と脚長を各タイプでプロットしたものである。

【図10】先行電極、後行電極において電流と電圧を変えた時の溶接外観の評価結果を示した図である。

【図11】Ｘ線検査によるきず点数を示した図である。

【図12】第１試験体（隅肉）の形状を示す図である。

【図13】第２試験体（開先）の形状を示す図である。

【図14】試験条件と溶接速度を示す図である。

【図15】図１４に示した溶接速度と溶接断面との間の関係を示した図である。

【図16】図１４の実験条件において溶接入熱量と溶接断面との間の関係を示した図である。

【図17】図１４の実験条件において角変形と溶接断面との間の関係を示した図である。

【図18】ＳＡＷとＦＣ−ＳＡＷの溶け込み部を比較して示した顕微鏡写真である。

【図19】溶接部の引張試験による強度の評価結果を示した図である。

【図20】溶接部の衝撃試験による強度の評価結果を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0022】

図１は、この発明の実施の形態に係る溶接装置の概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係る溶接装置１は、母材である溶接対象物１００の溶接部に粒状のフラックス１０６を散布し、フラックス１０６中の溶接ワイヤ４２，４４と溶接対象物１００との間で第１および第２アークを生じさせて溶接を行なうための装置である。このときに入熱制限を超えないように２本のフィラー用の溶接ワイヤ４６，４８をアーク入熱部（溶融池）に供給する。

【0023】

２電極のサブマージアーク溶接は、溶接入熱量が大きくなるので入熱量の管理が重要である。入熱量が過大となると、溶接部の強度および靱性が低下する。本実施の形態では、２電極のサブマージアーク溶接に対してフィラー用溶接ワイヤを２本供給することによって、入熱量を適切に管理しつつ溶接速度を向上させることができている。

【0024】

溶接装置１は、主溶接部２と、フィラー供給部５と、フラックス回収装置５２とを含む。図２は主溶接部２の形状を具体的に示した図である。図１、図２を参照して、主溶接部２は、ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８が所定の位置関係に固定された基部１８と、電源装置１２と、粒状フラックスを貯留するホッパ１４と、電極用の溶接ワイヤ４２，４４をそれぞれ送給する送給装置２０，２４と、電極用の溶接ワイヤ４２，４４が巻かれたリールを保持するリール保持部（スポーク型ワイヤリール）２２，２６と、これらを搭載する台車３とを含む。

【0025】

ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８は、溶接ワイヤを所定位置に供給するものであり溶接トーチの先端部に該当する。ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８の位置は、水平方向調整装置のハンドル２３Ｘと垂直調整装置のハンドル２１Ｙ、２３Ｙとによって調整することができる。また、ハンドル２１Ｐ，２３Ｐを操作することによって送給装置におけるワイヤの加圧力を調整することができる。

【0026】

第１ワイヤ支持部３２は、溶接対象物１００に対して第１アークを発生させる第１溶接ワイヤ４２を支持する。第２ワイヤ支持部３４は、溶接対象物１００に対して第２アークを発生させる第２溶接ワイヤ４４を支持する。第３ワイヤ支持部３６は、溶加材である第３溶接ワイヤ４６を第１アークおよび第２アークによる入熱部に供給する。第４ワイヤ支持部３８は、溶加材である第４溶接ワイヤ４８を入熱部に供給する。台車３は、ワイヤ支持部３２，３４，３６，３８が所定の位置関係になるように固定可能に構成され、溶接対象物１００の上を移動可能に構成される。この所定の位置関係については、後に説明する図４〜図８のいずれかとされる。

【0027】

主溶接部２は、粒状のフラックス１０６を貯留するホッパ１４をさらに備える。粒状のフラックス１０６は、ホース１６から溶接部の第１溶接ワイヤ４２より溶接進行方向の前方に供給される。

【0028】

図１のフラックス回収装置５２およびフィラー供給部５が主溶接部２に牽引されている。フラックス回収装置５２は、台車４と、台車４に搭載された吸引部とタンク５３と回収ホース５４とを含む。フラックス回収装置５２は、ホッパ１４から散布された粒状フラックスを回収ホース５４で吸引してタンク５３に回収する。

【0029】

フィラー供給部５は、フィラー用の溶接ワイヤ４６を送給する送給装置６０と、フィラー用の溶接ワイヤ４６が巻かれたリールを保持するリール保持部６２と、フィラー用の溶接ワイヤ４８を送給する送給装置６４と、フィラー用の溶接ワイヤ４８が巻かれたリールを保持するリール保持部６６と、送給装置６０，６４を制御するフィラー制御装置６８とを含む。

【0030】

図３は、４本のワイヤを支持する支持部の形状の一例を示す図である。図４は、４本のワイヤの位置関係の例を示す模式図である。４本のワイヤは溶接対象物１００（母材）の上に形成される溶融池１０４に先端が向けられている。溶融池１０４が固化すると溶接金属１０２のビードが形成される。ビードは、粒状スラグ１０６に覆われて酸化が抑制される。位置の目安を示す便宜上、電極用の溶接ワイヤ４２，４４の先端も示しているが、溶接中は、溶接ワイヤの先端はアークによって直接加熱されて溶けるので、溶融池１０４に挿入されてはいない。

【0031】

図１、図３、図４を参照して、第１ワイヤ支持部３２は、第１溶接ワイヤ４２を溶接対象物１００における溶接ラインの溶接進行方向の前方から１番目に配置されるように支持する。第２ワイヤ支持部３４は、第２溶接ワイヤ４４を溶接ラインの溶接進行方向の前方から２番目に配置されるように支持する。第２ワイヤ支持部３６および第４ワイヤ支持部３８は、第３溶接ワイヤ４６および第４溶接ワイヤ４８が溶接進行方向の第２溶接ワイヤ４４の後方から溶接ラインに供給されるように第３溶接ワイヤ４６および第４溶接ワイヤ４８を支持する。

【0032】

第１溶接ワイヤ４２および第２溶接ワイヤ４４は、電極用の溶接ワイヤであって、たとえば４．８ｍｍφのものを使用することができる。第３溶接ワイヤ４６および第４溶接ワイヤ４８は、フィラー用溶接ワイヤであって、１．２〜２．０ｍｍφ好ましくは１．６ｍｍφのものを使用することができる。

【0033】

好ましくは、第２ワイヤ支持部３６は、溶接進行方向に向かって右側の後方から第３溶接ワイヤ４６が入熱部に供給されるように第３溶接ワイヤ４６を支持する。第４ワイヤ支持部３８は、溶接進行方向に向かって左側の後方から第４溶接ワイヤ４８が入熱部に供給されるように第４溶接ワイヤ４８を支持する。上方から見ると、溶接ラインに対してワイヤ支持部３６，３８はＶ字型に広がっている。このＶ字の角度は、例えば２５°（片側１２．５°）とすることができる。また、上下方向のワイヤ支持部３６，３８の入射角はたとえば２７°とすることができる。また、ワイヤ支持部から下方に４０ｍｍ突き出した時の電極用溶接ワイヤの先端の間隔は２０ｍｍとすることができる。以下において、図４に示した配置をＥタイプと呼ぶこととする。

【0034】

なお、図１、図２にはリール保持部２２，２６，６２，６６はリールを保持するものである例を示したが、ワイヤを保持しておくものであれば他の形状であっても良い。

【0035】

図５は、４本のワイヤの位置関係の第１の変形例を示す模式図である。図５の変形例では、電極用の溶接ワイヤ４２と電極用の溶接ワイヤ４４との間にフィラー用の溶接ワイヤ４６が配置され、電極用の溶接ワイヤ４４の溶接進行方向後方にフィラー用の溶接ワイヤ４８が配置されている。ワイヤ支持部から下方に４０ｍｍの深さまで突き出した時の先端部におけるワイヤ間隔は、たとえば、ワイヤ４２，４６間が１０ｍｍ、ワイヤ４６，４４間が１０ｍｍ、ワイヤ４４，４８間が５ｍｍとすることができる。以下において、図５に示した配置をＡタイプと呼ぶこととする。

【0036】

図６は、４本のワイヤの位置関係の第２の変形例を示す模式図である。図６の変形例では、電極用の溶接ワイヤ４２と電極用の溶接ワイヤ４４をワイヤ支持部から深さ４０ｍｍに突き出したときの間隔は、３０ｍｍであり、フィラー用の溶接ワイヤ４６，４８は、溶接進行方向の前方左右から電極用の溶接ワイヤ４４の先端に向けて挿入されている。上方から見ると、溶接ラインに対してフィラー用の溶接ワイヤ４６，４８はＶ字型に広がっている。このＶ字の角度は、例えば２５°（片側１２．５°）とすることができる。また、上下方向のワイヤ支持部３６，３８の入射角はたとえば３０〜３２°とすることができる。以下において、図６に示した配置をＢタイプと呼ぶこととする。

【0037】

図７は、４本のワイヤの位置関係の第３の変形例を示す模式図である。図７の変形例では、電極用の溶接ワイヤ４２と電極用の溶接ワイヤ４４をワイヤ支持部から深さ４０ｍｍに突き出したときの間隔は、３０ｍｍ間隔であり、フィラー用の溶接ワイヤ４６は、溶接進行方向の後方右から入射各３１°で電極用の溶接ワイヤ４２の先端に向けて挿入されている。また、フィラー用の溶接ワイヤ４８は、溶接進行方向の後方左から電極用の溶接ワイヤ４４の先端に向けて挿入されている。上方から見ると、溶接ラインに対してフィラー用の溶接ワイヤ４６，４８はＶ字型に広がっている。このＶ字の角度は、例えば２５°（片側１２．５°）とすることができる。以下において、図７に示した配置をＣタイプと呼ぶこととする。

【0038】

図８は、４本のワイヤの位置関係の第４の変形例を示す模式図である。図８の変形例では、電極用の溶接ワイヤ４２と電極用の溶接ワイヤ４４をワイヤ支持部から深さ４０ｍｍに突き出したときの間隔は、３０ｍｍ間隔であり、フィラー用の溶接ワイヤ４６は、溶接進行方向の前方右から入射角３２°で電極用の溶接ワイヤ４２の先端に向けて挿入されている。また、フィラー用の溶接ワイヤ４８は、溶接進行方向の後方左から電極用の溶接ワイヤ４４の先端に向けて挿入されている。以下において、図８に示した配置をＤタイプと呼ぶこととする。

【0039】

［実施例］
融合不良が懸念されるので溶接後に溶接部のＸ線検査を行うため試験体は突合せ溶接とした。下向き隅肉脚長１０ｍｍを想定し、突合せ溶接はｙ開先９０°で開先深さ７ｍｍとした。また溶接ワイヤの配置については、図９で最も良好であったＥタイプ（図４）を使用した。

【0040】

図９は、溶接速度と脚長を各タイプでプロットしたものである。フィラー用溶接ワイヤの送給速度を５ｍ／ｍｉｎとした場合、通常のサブマージアーク溶接（通常ＳＡＷ）の場合は、脚長１１ｍｍを確保して溶接を行なうと、溶接速度は約６４ｃｍ／ｍｉｎであり、溶接速度を８３ｃｍ／ｍｉｎまで増加させると、脚長は９．５ｍｍまで減少した。

【0041】

溶接速度を８３ｃｍ／ｍｉｎとして、タイプＡ〜Ｅのワイヤ配置で溶接を行なったところ、いずれも、脚長は通常ＳＡＷの場合よりも上回った。中でも一番良好な数値を示したのはタイプＥであり、２点を結ぶ線の延長から、脚長１１ｍｍでは１００ｃｍ／ｍｉｎを超える溶接速度が期待でき、速度は通常ＳＡＷと比べて５６％程度アップすることが期待できる。

【0042】

なお、フィラー用溶接ワイヤを１本として送給速度を１０ｍ／ｍｉｎとしてみたが、溶接不可能であった。したがって、フィラー用溶接ワイヤを２本使用して２本の各々の送給速度を半分の５ｍ／ｍｉｎとすることによって良好な溶接が実現できる。

【0043】

図１０は、先行電極、後行電極において電流と電圧を変えた時の溶接外観の評価結果を示した図である。後行電極の電圧を４８Ｖ固定とし、後行電極の電流を７００Ａ、８００Ａの２点、先行電極の電流を７５０Ａ，８００Ａ，８５０Ａの３点で溶接を実行した。○、△、×は各々１つの試験サンプルを示す。

【0044】

先行電極の電流が８００Ａ、後行電極の電流が７５０Ａの組み合わせでは、溶接外観は良好（○）であった。しかし、先行電極の電流が８００Ａ、後行電極の電流が７００Ａの組み合わせでは、先行電極の電圧が３４Ｖで送給不良（×）となり、３６Ｖでも良い結果は得られなかった（△）。

【0045】

先行電極の電流が８５０Ａ、後行電極の電流が７５０Ａの組み合わせでは、溶接外観は良好であった。しかし、先行電極の電流が８５０Ａ、後行電極の電流が７００Ａの組み合わせでは、先行電極の電圧が３５Ｖでは良い結果は得られなかったが、３７Ｖでは良い結果が得られた。

【0046】

先行電極の電流が７５０Ａの場合、後行電極の電流が７００Ａ、７５０Ａの両方とも、溶接外観は良好であった。

【0047】

次に、後行電極の電流を７５０Ａに絞ってＸ線検査によって欠陥の評価を行なった。図１１は、Ｘ線検査によるきず点数を示した図である。図１１に示すように、先行電極の電流８５０Ａ，先行電極の電圧３７Ｖの場合にきず点数が零となり良好な結果が得られた。

【0048】

以上の予備試験によって見直した溶接条件による施工試験を行なった。図１２は、第１試験体（隅肉）の形状を示す図である。第１試験体（隅肉）は、板厚１６ｍｍ、脚長１０ｍｍである。図１３は、第２試験体（開先）の形状を示す図である。第２試験体（開先）は、板厚２８ｍｍ、脚長９ｍｍ、開先の角度６０°である。これら２種類の試験体でフィラー用溶接ワイヤを使用した場合と使用しない場合とで溶接速度を比較した。

【0049】

図１４は、試験条件と溶接速度を示す図である。
図１４の試験条件ａは、図１２に示した隅肉溶接の試験体で２本の電極用溶接ワイヤのみを使用し、フィラー用溶接ワイヤを使用しない場合を示す。試験条件ａは、先行電極の電流７５０Ａ，電圧３４Ｖ、後行電極の電流７００Ａ，電圧３４ＶでフラックスはＭＦ５３を使用した試験を示し、この試験では溶接速度は７６ｃｍ／ｍｉｎであった。

【0050】

図１４の試験条件ｅは、図１２に示した隅肉溶接の試験体でフィラー２本を５ｍ／ｍｉｎの送給速度で使用した場合を示す。試験条件ｅは、先行電極の電流８５０Ａ，電圧３７Ｖ、後行電極の電流７５０Ａ，電圧４８ＶでフラックスはＭＦ５３を使用した試験を示し、この試験では溶接速度は１０８ｃｍ／ｍｉｎであった。

【0051】

図１４の試験条件ｇは、図１３に示した開先あり溶接の試験体で２本の電極用溶接ワイヤのみを使用し、フィラー用溶接ワイヤを使用しない場合を示す。試験条件ｇは、先行電極の電流７５０Ａ，電圧３４Ｖ、後行電極の電流７００Ａ，電圧３４ＶでフラックスはＭＦ３８Ａを使用した試験を示し、この試験では溶接速度は３３ｃｍ／ｍｉｎであった。

【0052】

図１４の試験条件ｆは、図１３に示した開先あり溶接の試験体でフィラー２本を５ｍ／ｍｉｎの送給速度で使用した場合を示す。試験条件ｆは、先行電極の電流８５０Ａ，電圧３７Ｖ、後行電極の電流７５０Ａ，電圧４８ＶでフラックスはＭＦ３８Ａを使用した試験を示し、この試験では溶接速度は６０ｃｍ／ｍｉｎであった。

【0053】

図１５は、図１４に示した溶接速度と溶接断面との間の関係を示した図である。同じ隅肉溶接の試験体を使用する図１４の試験条件ａと試験条件ｅとを比べると、溶接速度が７６ｃｍ／ｍｉｎから１０８ｃｍ／ｍｉｎに増加した。同じ開先あり溶接の試験体を使用する図１４の試験条件ｇと試験条件ｆとを比べると、溶接速度が３３ｃｍ／ｍｉｎから６０ｃｍ／ｍｉｎに増加した。

【0054】

図１６に示すように直線の仮想線を引き、溶接断面８０ｍｍ^２付近でＳＡＷとＦＣ−ＳＡＷ（フィラーありサブマージアーク溶接）とを比較すると、溶接速度はＦＣ−ＳＡＷがＳＡＷに対して２倍以上に向上している。

【0055】

図１６は、図１４の実験条件において溶接入熱量と溶接断面との間の関係を示した図である。入熱量は（Σ（電流×電圧））×６０／溶接速度で計算される。

【0056】

同じ隅肉溶接の試験体を使用する試験条件ａと試験条件ｅとを比べると、入熱量は、３８ＫＪ／ｃｍ付近で同じであったが、溶接断面積は５８ｍｍ^２から７６ｍｍ^２に増加した。同じ開先あり溶接の試験体を使用する試験条件ｇと試験条件ｆとを比べると入熱量は８５ＫＪ／ｃｍから６８ＫＪ／ｃｍに減少する一方で、溶接断面積は８０ｍｍ^２から８４ｍｍ^２に増加した。

【0057】

図１６に示すように直線の仮想線を引き、溶接断面８０ｍｍ^２付近でＳＡＷとＦＣ−ＳＡＷとを比較すると、入熱量は８５ＫＪ／ｃｍから５０ＫＪ／ｃｍに減少しており、ＦＣ−ＳＡＷがＳＡＷに対して約３５％低下している。

【0058】

以上より、２本のフィラー用溶接ワイヤを使用する方が、入熱量を低下させるのに有利であることが分かる。

【0059】

図１７は、図１４の実験条件において角変形と溶接断面との間の関係を示した図である。同じ隅肉溶接の試験体を使用する試験条件ａと試験条件ｅとを比べると、溶接断面積は５８ｍｍ^２から７６ｍｍ^２に増加する一方で、角変形は、１３．５ｍｍから９．５ｍｍに減少した。同じ開先あり溶接の試験体を使用する試験条件ｇと試験条件ｆとを比べると溶接断面積は８０ｍｍ^２から８４ｍｍ^２に増加する一方で、角変形は、５．５ｍｍから４．５ｍｍに減少した。

【0060】

以上より、いずれの試験体でも溶接断面積が増加し、角変形は減少する傾向となり、角変形においても２本のフィラー用溶接ワイヤを使用する方が有利であることが分かる。

【0061】

図１８は、ＳＡＷとＦＣ−ＳＡＷの溶け込み部を比較して示した顕微鏡写真である。サンプル試験条件ｅ，ｆともに良好な溶け込みが得られている。

【0062】

図１９は、溶接部の引張試験による強度の評価結果を示した図である。図１４の試験条件ａ，ｅ，ｇ，ｆについて各々２本ずつの丸棒試験片を溶接金属中央部から採取し引張試験を行なった。図１９に示すように、いずれも引っ張り強さ５８０Ｎ／ｍｍ^２以上となっており、ＦＣ−ＳＡＷはＳＡＷと比べて引っ張り強さは遜色ない。

【0063】

図２０は、溶接部の衝撃試験による強度の評価結果を示した図である。図１４の試験条件ａ，ｅ，ｇ，ｆについて各々２本ずつの角棒試験片を溶接金属中央部から採取しシャルピー衝撃試験を行なった。図２０に示すように、いずれも吸収エネルギ４５Ｊ以上となっており、ＦＣ−ＳＡＷはＳＡＷと比べて靱性は遜色ない。

【0064】

本実施例では、溶接条件見直しにより溶接電流を高めに設定した。具体的には、図１４の試験条件ｅ，試験条件ｆに示すように、溶接装置１の電源装置１２は、第１溶接ワイヤ４２（先行）の電流が第２溶接ワイヤ４４（後行）の電流より大きく、かつ第１溶接ワイヤ４２（先行）の電圧が第２溶接ワイヤ４４（後行）の電圧より低くなるように、第１溶接ワイヤ４２および第２溶接ワイヤ４４に電力を供給する。

【0065】

このように溶接条件を設定したことにより、溶接速度が向上しかつ溶接入熱が低減した２本の電極用溶接ワイヤと２本のフィラー用溶接ワイヤを同時に使用する溶接構造体の製造方法を実現できた。この溶接構造体の製造方法は、橋梁の床板などの隅肉溶接に好適に用いることができる。

【0066】

最後に図面を再び参照して、本実施の形態において説明した溶接構造体の製造方法を総括して説明する。図１、図４〜図８に示すように、本実施の形態に係る溶接構造体の製造方法は、第１溶接ワイヤ４２と溶接対象物１００との間に第１アークを発生させる工程と、第２溶接ワイヤ４４と溶接対象物１００との間に第２アークを発生させる工程と、第１アークおよび第２アークによる入熱部に溶加材である第３溶接ワイヤ４６を供給する工程と、入熱部に溶加材である第４溶接ワイヤ４８を供給する工程とを備える。

【0067】

このように、２本の電極用溶接ワイヤによってアークを発生させ、２本のフィラー用溶接ワイヤによって溶加材を添加することにより、入熱量を抑制しつつ、溶接スピードを増加させることができる。

【0068】

好ましくは、図４、図８に示すように、本実施の形態に係る溶接構造体の製造方法は、第１アークを発生させる工程において、第１溶接ワイヤ４２を溶接ラインの溶接進行方向の１番目に配置し、第２アークを発生させる工程において、第２溶接ワイヤ４４を溶接ラインの溶接進行方向の２番目に配置し、第３溶接ワイヤ４６を供給する工程および第４溶接ワイヤ４８を供給する工程において、第３溶接ワイヤ４６および第４溶接ワイヤ４８を第２溶接ワイヤ４４の溶接進行方向の後方に配置する。溶接構造体の製造方法は、第１〜第４溶接ワイヤを溶接進行方向に移動させる工程をさらに備える。

【0069】

好ましくは、図３、図４に示すように、本実施の形態に係る溶接構造体の製造方法は、第３溶接ワイヤ４６を供給する工程において、溶接進行方向に向かって右側の後方から第３溶接ワイヤ４６が入熱部に供給されるように第３溶接ワイヤ４６を支持し、第４溶接ワイヤ４８を供給する工程において、溶接進行方向に向かって左側の後方から第４溶接ワイヤ４８が入熱部に供給されるように第４溶接ワイヤ４８を支持する。

【0070】

好ましくは、図１４の試験条件ｅ，試験条件ｆに示すように、本実施の形態に係る溶接構造体の製造方法は、第１溶接ワイヤ４２（先行ワイヤ）の電流が第２溶接ワイヤ４４（後行ワイヤ）の電流より大きく、かつ第１溶接ワイヤ４２（先行ワイヤ）の電圧が第２溶接ワイヤ４４（後行ワイヤ）の電圧より低くなるように、第１溶接ワイヤ４２および第２溶接ワイヤ４４に電力を供給する。

【0071】

このように電圧、電流を設定することによって、溶接強度や靱性などの溶接品質を維持しつつ、溶接速度を向上させることができる。

【0072】

好ましくは、本実施の形態に係る溶接構造体の製造方法は、第１溶接ワイヤ４２より溶接進行方向の前方にフラックス１０６を供給する工程をさらに備える。これにより、サブマージアーク溶接において溶接速度を増加させることができる。

【0073】

なお、この製造方法によって製造可能な溶接構造体は、特に限定するものではないが、たとえば、橋梁の構造部材（床板など）、建築物の鉄骨構造部材等を挙げることができる。

【0074】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0075】

１ 溶接装置、２ 主溶接部、３，４，６ 台車、５ フィラー供給部、１２ 電源装置、１４ ホッパ、１６ ホース、１８ 基部、２０，２４，６０，６４ 送給装置、２２，２６，６２，６６ リール保持部、３２，３４，３６，３８ ワイヤ支持部、４２，４４，４６，４８ 溶接ワイヤ、５２ フラックス回収装置、５３ タンク、５４ 回収ホース、６８ フィラー制御装置、１００ 溶接対象物、１０６ フラックス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】