特開 2024-6631 溶接用摺動銅当て金及び溶接方法

(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】P2024006631

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】溶接用摺動銅当て金及び溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 25/00 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

B23K25/00 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107711

(22)【出願日】2022-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 幸祐

(57)【要約】

【課題】溶接速度を大きくしてもアークが発生せず安定して溶接することができる溶接用摺動銅当て金及び溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接用摺動銅当て金３０は、当て金本体部４０と、当て金本体部４０の上端部に、当て金本体部４０と電気的に非接触となるように設けられ、溶融スラグ浴７の溶接電圧を検出可能な溶融スラグ浴検出器１３の検出端子１８と、を備える。当て金本体部４０の開先部側の表面には、検出端子１８の下方に、固化スラグ１１が接触する表面よりも開先部２と反対側に凹み、溶融スラグ浴７の溶融スラグを貯めるためのポケット部４５が形成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融スラグ浴を形成するように一対の母材間の開先部に対向配置され、前記開先部に沿って摺動する溶接用摺動銅当て金であって、
当て金本体部と、
前記当て金本体部の上端部に、前記当て金本体部と電気的に非接触となるように設けられ、前記溶融スラグ浴の溶接電圧を検出可能な溶融スラグ浴検出器の検出端子と、
を備え、
前記当て金本体部の開先部側の表面には、前記検出端子の下方に、固化スラグが接触する表面よりも前記開先部と反対側に凹み、前記溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成される、溶接用摺動銅当て金。

【請求項2】

前記ポケット部の体積は、２５００ｍｍ^３以上である、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項3】

前記当て金本体部の開先部側で、幅方向両側の表面には、前記母材に接触可能な一対の接触面と、前記接触面と前記ポケット部の幅方向開口縁との間に形成された段差面と、が形成され、
前記接触面と前記段差面とは、前記固化スラグが接触する表面の側方から前記ポケット部の側方に亙って設けられる、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項4】

前記検出端子の前記開先部と反対側には、前記当て金本体部と接触する支持板が取り付けられ、
前記検出端子と前記支持板との間には、絶縁性の薄板が介在する、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項5】

前記検出端子と前記当て金本体部との間には、絶縁部材が設けられている、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項6】

前記検出端子の厚さは、前記当て金本体部の厚さ以下である、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項7】

前記ポケット部は、開先部側及び上方に開口し、
前記一対の母材の板厚方向において、前記検出端子の前面は、前記ポケット部の上縁部と同じ、または、前記開先部と反対側に位置する、請求項６に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項8】

前記当て金本体部の内部には、両端部が前記検出端子の幅方向側方に位置する、Ｕ字状の水冷経路を有する、請求項１に記載の溶接用摺動銅当て金。

【請求項9】

一対の母材間の開先部に向けて、請求項１～８のいずれか１項に記載の溶接用摺動銅当て金を配置し、
該開先部内に、フラックスを投入するとともに、コンタクトチップの先端から溶接ワイヤを供給し、
前記コンタクトチップを前記開先部に沿って移動させるとともに前記溶接用摺動銅当て金を前記開先部に沿って摺動移動させて溶接する、
溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接用摺動銅当て金及び溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エレクトロスラグ溶接法は、ワイヤと母材との間に存在する溶融スラグのジュール熱を熱源とし、母材およびワイヤと溶融しながら溶接を行うもので、立向継手の高能率施工法として、造船及び石油タンク等の大型構造物の溶接に広く採用されている。

【0003】

エレクトロスラグ溶接法では、溶融スラグ浴を覆うことができる程度の長さを有する小型の水冷摺動銅当て金を用いることが知られている。これにより、溶接の進行に合わせてレールやチェーン等によって溶接トーチおよび台車を上昇させ、水冷摺動銅当て金をトーチや台車と共に溶接線に沿って移動させ、数十メートルの長尺溶接を可能としている。

【0004】

また、エレクトロスラグ溶接法においては、溶融スラグで溶接金属を大気から遮蔽しているが、溶融スラグは溶接の進行とともに水冷摺動銅当て金と溶接ビードの隙間から固化スラグとして排出される。よって、溶接中は排出された固化スラグ分を補うためにフラックスを適時供給し、それをジュール熱で溶融させることで溶融スラグの量をほぼ一定に保っている。

【0005】

特許文献１には適正量のフラックスを溶融スラグ浴の表面に自動供給することを特徴とした非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接のフラックス自動添加方法が記載されている。非消耗ノズルを用いた立向上進のエレクトロスラグ溶接において溶接中のフラックス添加を自動化して溶融スラグ浴深さを適正範囲に保ち、母材の溶込み不良やスラグ巻き込み等の溶接欠陥が無い安定した製品を製作することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０－１９３１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、単位時間あたりの溶融スラグ排出量は、開先幅および溶接速度にほぼ比例するため、溶接速度が大きくなると単位時間に供給すべきフラックス量も大きくなり、溶接部の溶融スラグ量が激しく変動することになる。ワイヤ送給量一定の条件化では溶接速度は開先断面積に反比例するため、開先断面積が小さいほど溶接速度は大きくなる。
このような特性から、エレクトロスラグ溶接は溶接速度を一定値以上にすると、溶融スラグ排出量が増加し、極端に溶融スラグ量が少なくなるとアークが発生する等、溶接が不安定になりやすい。

【0008】

特許文献１のようなフラックス自動添加方法によりフラックス供給量を自動化するだけでは、減った分入れたとしても、溶接速度が大きくなると、溶融スラグ量が少なくなる状態が発生し、溶融スラグ量を適正に保つことは困難であり、溶接が不安定になる。

【0009】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接速度を大きくしてもアークが発生せず安定して溶接することができる溶接用摺動銅当て金及び溶接方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ 溶融スラグ浴を形成するように一対の母材間の開先部に対向配置され、前記開先部に沿って摺動する溶接用摺動銅当て金であって、
当て金本体部と、
前記当て金本体部の上端部に、前記当て金本体部と電気的に非接触となるように設けられ、前記溶融スラグ浴の溶接電圧を検出可能な溶融スラグ浴検出器の検出端子と、
を備え、
前記当て金本体部の開先部側の表面には、前記検出端子の下方に、固化スラグが接触する表面よりも前記開先部と反対側に凹み、前記溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成される、溶接用摺動銅当て金。

【0011】

[２] 一対の母材間の開先部に向けて、［１］に記載の溶接用摺動銅当て金を配置し、
該開先部内に、フラックスを投入するとともに、コンタクトチップの先端から溶接ワイヤを供給し、
前記コンタクトチップを前記開先部に沿って移動させるとともに前記溶接用摺動銅当て金を前記開先部に沿って摺動移動させて溶接する、
溶接方法。

【発明の効果】

【0012】

本発明の溶接用摺動銅当て金及び溶接方法によれば、当て金本体部に溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成されることで、溶接速度を大きくしてもアークが発生せず安定して溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るエレクトロスラグ溶接装置の概略構成を示す図である。

【図2】溶融スラグ浴検出器の構成例を示す図である。

【図3】図１の溶接用摺動銅当て金の表側の斜視図である。

【図4】図３に示す溶接用摺動銅当て金の表側の正面図である。

【図5】図４のＡ－Ａ線に沿った溶接用摺動銅当て金の断面図である。

【図6】突合せ継手の開先部に銅当て金及び溶接用摺動銅当て金を配置した状態を示す断面図である。

【図7】図３に示す溶接用摺動銅当て金の背面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態に係る溶接用摺動銅当て金及び該溶接用摺動銅当て金を用いる溶接方法を図面に基づいて詳細に説明する。

【0015】

＜溶接装置の構成＞
先ず、本発明の一実施形態に係る溶接用摺動銅当て金を用いたエレクトロスラグ溶接装置について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るエレクトロスラグ溶接装置の概略構成を示す図である。
なお、図１において、矢印Ｚは、母材の溶接線に沿った方向である上下方向とし、矢印Ｘは、母材の板厚方向とし、矢印Ｙは、一対の母材が並ぶ方向、即ち、母材の表面に沿った方向とする。したがって、上方とは、図１の紙面に対して上側、下方とは図１の紙面に対して下側、前方とは、図１の紙面に対して左側、後方とは、図１の紙面に対して右側とする。また、図３～図７においても、溶接用摺動銅当て金が母材の表面に配置された状態を仮定して、矢印Ｚは、溶接用摺動銅当て金の長手方向とし、矢印Ｘは、溶接用摺動銅当て金の厚さ方向とし、矢印Ｙは、溶接用摺動銅当て金の幅方向とする。したがって、溶接用摺動銅当て金において、開先部側が前方となり、開先部側と反対側が後方となる。

【0016】

図１に示すように、本実施形態に係るエレクトロスラグ溶接装置１００は、固定の裏当て材１及び溶接用摺動銅当て金３０と、溶接トーチ４と、溶融スラグ浴検出器１３と、フラックス供給装置１４と、フラックス供給制御装置１５と、走行台車１６と、走行台車制御装置１７とを備える。

【0017】

エレクトロスラグ溶接装置１００において、鋼板である一対の母材３の開先部２の裏側には固定の裏当て材１が配置されており、開先部２の表側には溶接用摺動銅当て金３０が配置される。裏当て材１には耐熱性のセラミックスや水冷式の銅当て金などを用いる。また、表側の溶接用摺動銅当て金３０は、上下方向に摺動する銅当て金であり、後述するように水冷されている。ただし、溶接用摺動銅当て金３０の素材を、銅以外で代用しても良い。

【0018】

溶接トーチ４は、不図示の溶接電源から供給される溶接電流８により溶接ワイヤ６に給電して母材３を溶接する。また、溶接トーチ４は、コンタクトチップ５を有しており、コンタクトチップ５は、溶接ワイヤ６を案内するとともに溶接ワイヤ６に溶接電流８を供給する。

【0019】

溶融スラグ浴検出器１３は、溶融スラグ浴７の位置を検出する。フラックス供給装置１４は、溶融スラグ浴７にフラックス１２を投入する。フラックス１２は溶融して溶融スラグになるため、フラックス１２を投入することにより、溶融スラグ浴７の量が増えることとなる。

【0020】

フラックス供給制御装置１５は、フラックス供給装置１４の動作を制御し、溶融スラグ浴７に投入されるフラックス１２の量を調整する。

【0021】

走行台車１６は、溶接用摺動銅当て金３０、溶接トーチ４、溶融スラグ浴検出器１３、フラックス供給装置１４、フラックス供給制御装置１５、走行台車制御装置１７を搭載しており、上方向に移動する。すなわち、走行台車１６は、溶接用摺動銅当て金３０、溶接トーチ４、溶融スラグ浴検出器１３、フラックス供給装置１４、フラックス供給制御装置１５、走行台車制御装置１７と一体となって移動するため、それぞれの相対的な位置関係は変わらない。走行台車１６が上昇することにより、コンタクトチップ５が開先部２に沿って移動するとともに溶接用摺動銅当て金３０が開先部２に沿って摺動移動し、上方向に沿って溶接が行われる。

【0022】

走行台車制御装置１７は、走行台車１６の走行速度を増大させたり減少させたりして、走行台車１６の動作を制御する。

【0023】

そして、母材３、裏当て材１及び溶接用摺動銅当て金３０に囲まれた開先部２内に、溶接トーチ４のコンタクトチップ５の先端から溶接ワイヤ６が送給され、開先部２内に形成された溶融スラグ浴７に送り込まれる。溶接電流８は、溶接ワイヤ６から溶融スラグ浴７を通して溶融金属９に流れる。このとき、溶融スラグ浴７を流れる溶接電流８及び溶融スラグ浴７の抵抗により、ジュール熱が発生し、溶接ワイヤ６及び母材３を溶融しながら溶接が進行する。

【0024】

溶接が進行するにつれて、溶融金属９は冷却されて溶接金属１０となり、溶融スラグ浴７の一部は、裏当て材１と溶接金属１０との間、及び溶接用摺動銅当て金３０と溶接金属１０との間に形成された溶融スラグ層となり、この溶融スラグ層が冷却されて固化スラグ１１となる。このようにして、溶融スラグ浴７は、その一部がビード表面を覆う固化スラグ１１となるので、溶接の進行につれて消費され、溶融スラグ浴７の深さＬｓが減少していくことになる。この溶融スラグ浴７の減少を補うためには、溶融して溶融スラグ浴７となるフラックス１２を追加投入する必要がある。

【0025】

ビード表面を覆う固化スラグ１１の量は、ビード幅や溶接開先の幅によって変動する。また、固化スラグ１１の量は、裏当て材１及び溶接用摺動銅当て金３０の密着度合や冷却状態によっても変動する。そのため、固化スラグ１１の量は一定ではなく、溶融スラグ浴７の深さＬｓを一定に保つためには投入するフラックス１２の量も変化させる必要がある。しかしながら、溶融スラグ浴７の深さＬｓがわからないために、フラックス１２の投入量が適切でない場合には、溶融スラグ浴７の深さＬｓが変動することになる。

【0026】

そこで、本実施形態では、溶融スラグ浴７の深さＬｓを一定にするための制御を行う。ここで、一定とは、溶融スラグ浴７の深さＬｓが常に１つの値になる場合に限られず、誤差を考慮して溶融スラグ浴７の深さＬｓが一定の範囲内の値を示す場合も含まれる。すなわち、溶融スラグ浴７の深さＬｓは、予め定めた深さに保つように制御される。

【0027】

そして、溶融スラグ浴７の深さＬｓを一定にするための第１の要件は、コンタクトチップ５の先端から溶融スラグ浴７の上面までの溶接ワイヤ長Ｌｄ（以下、ドライエクステンションＬｄと称する）が予め定めた長さになるように制御することである。また、溶融スラグ浴７の深さＬｓを一定にするための第２の要件は、ワイヤ送給速度に応じて定められた基準電流値に対して溶接電流８が予め定めた関係、すなわち、基準電流値と溶接電流８とが等しくなるように、走行台車制御装置１７が走行台車１６の走行速度を制御することである。同一ワイヤ送給速度において、（Ｌｄ＋Ｌｓ）と溶接電流８には相関があり、基準電流値と溶接電流８とが等しくなるように、走行台車制御装置１７が走行台車１６の走行速度を制御することで、（Ｌｄ＋Ｌｓ）は一定に保たれる。
なお、溶接ワイヤ長Ｌｄの制御は、溶融スラグ浴検出器１３により溶融スラグ浴７を検出することで可能であり、これについて以下に詳述する。

【0028】

＜溶融スラグ浴検出器の構成＞
次に、溶融スラグ浴検出器１３の構成について詳細に説明する。図２は、溶融スラグ浴検出器１３の構成例を示す図である。

【0029】

図２に示すように、溶融スラグ浴検出器１３は、検出端子１８、差動増幅器１９、接触判定基準信号設定器２０、比較器２１を有する。検出端子１８は導電性金属である銅合金により構成されており、後述するように、溶接用摺動銅当て金３０の上端部に絶縁部材４８を介して設けられる。検出端子１８は、溶融スラグ浴７に接触すると溶接電圧の一部の電圧を検出する。

【0030】

なお、溶融スラグ浴検出器１３の差動増幅器１９は、検出端子１８の電圧と、母材電圧である溶接用摺動銅当て金３０の電圧を入力しても良いが、溶接用摺動銅当て金３０は、溶融スラグ浴７に接触しており、対地電位を持つ場合があるため、溶接用摺動銅当て金３０の電圧を入力するよりも、図２に示すように、接地することが好ましい。

【0031】

差動増幅器１９は、検出端子１８の電圧と、接地電圧とを入力として、両電圧の差を出力する。接触判定基準信号設定器２０は、ノイズによって誤検出しない程度の電圧、例えば、検出端子１８が溶融スラグ浴７に接触したときに検出する電圧の半分程度の電圧を、基準信号として出力する。

【0032】

比較器２１は、差動増幅器１９の出力信号と接触判定基準信号設定器２０の基準信号とを入力として、差動増幅器１９の出力信号が接触判定基準信号設定器２０の基準信号より大きくなったとき、検出端子１８と溶融スラグ浴７とが接触したと判断した信号を作成する。作成された信号は、フラックス供給制御装置１５に送られ、フラックス供給装置１４よりフラックス１２の供給及び停止が行われる。そして、溶融スラグ浴７の上面がコンタクトチップ５の先端から予め定めた長さに位置するように制御され、ドライエクステンションＬｄが予め定めた長さに保たれる。検出端子１８が溶融スラグ浴７に接触していないときは、溶接電圧が検出端子１８にかからないので、検出端子１８の電圧は０Ｖである。

【0033】

また、溶融スラグ浴検出器１３では、接触判定基準信号設定器２０の基準信号の値が小さいと、溶接の状態あるいは外部ノイズ等で正しい判断ができない可能性がある。このため、溶接トーチ４をオシレートする場合には、誤検知を防止するため、溶融スラグ浴検出器１３は、差動増幅器１９と比較器２１との間にローパスフィルタを設置しても良い。

【0034】

＜溶接用摺動銅当て金＞
溶接用摺動銅当て金３０は、上述したように、溶融スラグ浴７を形成するように一対の母材３間の開先部２に対向配置され、走行台車１６の移動に伴って、開先部２に沿って摺動する。

【0035】

図３～図７に示すように、溶接用摺動銅当て金３０は、略矩形板状に形成される当て金本体部４０と、当て金本体部４０の上端部に設けられた凹溝４７に、当て金本体部４０と電気的に非接触となるように絶縁部材４８を介して設けられ、溶融スラグ浴７の溶接電圧を検出可能な前述の溶融スラグ浴検出器１３の検出端子１８とを備える。

【0036】

当て金本体部４０の開先部側２で、幅方向両側の表面には、母材３に接触可能な一対の接触面４１が、当て金本体部４０の長手方向全体に亘って形成されている。接触面４１の幅は、７ｍｍ以下であればよく、好ましくは、５ｍｍ以下である。

【0037】

また、当て金本体部４０の開先部２側で、幅方向中央部の表面には、固化スラグが接触する表面となる、一対の接触面４１に対して僅かに凹む凹部４３が下方に形成され、また、検出端子１８の下方で、且つ、凹部４３の上方には、凹部４３よりも後方に凹み、溶融スラグ浴７の溶融スラグを貯めるためのポケット部４５が形成される。

【0038】

凹部４３は、Ｚ方向において、一様な断面形状を有しており、一対の母材３間の開先部２に形成されるビードと、ビード表面を覆う固化スラグとが入り込むように凹曲面状に形成される。

【0039】

また、ポケット部４５は、凹部４３の上端縁から上方に向かうにつれて後方に傾斜し、上方に向かって湾曲した後、検出端子１８及び絶縁部材４８が嵌まり込む凹溝４７の下端面までＺ方向に起立する平坦面を有する。ポケット部４５は、溶融スラグ浴７の深さＬｓに対応するＺ方向の長さを有する。

【0040】

したがって、本実施形態では、溶融スラグ浴７は、一対の母材３の開先の表面、裏当て材１、及び溶接用摺動銅当て金３０とで囲まれる空間に形成されるが、ポケット部４５を設けることで、溶融スラグ浴７の溶融スラグ量を一定量確保することができる。このため、開先断面積が小さく溶接速度が大きい場合であっても、溶融スラグ量を適正に保つことができ、アークが発生せずに溶接を安定させることができる。

【0041】

なお、ポケット部４５は傾斜面やテーパー状の斜面で構成されてもよく、窪みであったり、当て金本体部４０を側方から見たときにＬ字状、湾曲したＬ字状、球形状を呈するものであってもよい。即ち、ポケット部４５は、溶融スラグ浴７を貯める空間・凹みがあればよく、円柱状の穴があるだけでもよい。
また、ポケット部４５の幅は、検出端子１８の幅と略等しくてもよく、または、検出端子の幅より広くてもよく、加工のしやすさと、検出のしやすさを考慮して決定される。具体的に、本実施形態では、ポケット部４５の幅は、検出端子１８の幅より広く形成されている。

【0042】

また、本実施形態では、ポケット部４５の側面４５ａは、Ｚ方向に沿って起立した平坦面としているが、上方に向かって幅方向外側に広がった傾斜面としてもよく、これにより、溶融スラグ浴７などの上方からの視認性を高めることができる。

【0043】

ポケット部４５の体積、即ち、図５に示すように、ポケット部４５の下端縁の水平面Ｈ１、上端縁の水平面Ｈ２、及び幅方向両端縁を結ぶ鉛直面Ｖ１で画成される領域（図５の網掛け部分）の体積は、２５００ｍｍ^３以上であることが好ましい。

【0044】

ポケット部４５の体積を２５００ｍｍ^３以上とした理由は、エレクトロスラグ溶接の適用される一般的な開先の断面積は２００－１５００ｍｍ^２であり、溶融スラグ浴深さが２５ｍｍであることから、溶接中の溶融スラグ量はおよそ５０００ｍｍ^３－３７５００ｍｍ^３であるため、２５００ｍｍ^３で最小開先断面積での溶融スラグ量のおよそ５０％を補うことができるためである。
最小開先断面積での溶融スラグ量のおよそ５０％以上を補うことにより、溶融スラグ浴７が安定して維持され、溶接をより安定させることができる。その結果、溶接作業性に優れ、良好なビード外観が得られ、スロッピング現象の発生も軽微となる。このため、ポケット部４５の体積は２５００ｍｍ^３以上であることが好ましい。

【0045】

ポケット部４５の体積の上限は特に設ける必要はないが、フラックスの消費量の不必要な増加を避けることや、銅板の大きさの制限などから現実的には１２０００ｍｍ^３以下とすることが好ましい。

【0046】

さらに、接触面４１とポケット部４５の幅方向開口縁との間には、段差面４６が形成される。接触面４１と段差面４６とは、固化スラグ１１が接触する表面、即ち、凹部４３の側方からポケット部４５の側方に亙って設けられる。

【0047】

段差面４６は、母材３の表面との間の隙間に、粘り気がある溶融スラグを入り込みにくくする。また、接触面４１において面圧が高いことから、段差面４６と母材３の表面との間の隙間に入ったスラグは割れやすく、接触面４１と母材３表面との密着性を保つことで、接触面４１側から漏れにくい。

【0048】

本実施形態では、段差面４６は、接触面４１に隣接して当て金本体部４０の長手方向全体に亘って均一な幅で形成される第１段差面４６ａと、凹部４３の幅方向開口縁及びポケット部４５の幅方向開放縁から第１段差面４６ａまで形成される第２段差面４６ｂとを有する。したがって、本実施形態では、段差面４６は、第１段差面４６ａと第２段差面４６ｂの２段からなるが、１段であってもよく、３段以上であってもよい。

【0049】

また、段差面４６は、Ｚ方向に起立する平坦面としているが、斜面や、湾曲面や、凹面であってもよく、現実的には、加工のしやすさから平坦面か湾曲面とする。

【0050】

また、溶融スラグ浴検出器１３の検出端子１８は、当て金本体部４０の上端部に設けられ、厚さ方向に貫通する断面角形Ｕ字状の凹溝４７に絶縁部材４８を介して嵌まり込んでいる。

【0051】

検出端子１８の開先部２と反対側である、即ち、当て金本体部４０の後面には、凹溝４７を塞ぐように、支持板４９がボルト固定されており、支持板４９は、当て金本体部４０と接触している。一方、検出端子１８は、支持板４９に対して絶縁される形でねじ部材６０によって螺合して固定されている。

【0052】

検出端子１８と当て金本体部４０との間には、凹溝４７の下面及び側面に亙って、絶縁部材４８が設けられている。また、検出端子１８と支持板４９との間には、絶縁部材４８の絶縁性の薄板４８ａが介在する。

【0053】

なお、絶縁部材４８は、検出端子１８を冷却するために、熱伝導性のある素材であることが好ましく、例えばセラミックが用いられる。絶縁部材４８は、好ましくは、耐熱セラミック製であり、厚さは０．５～５ｍｍであればよい。

【0054】

検出端子１８の厚さは、当て金本体部４０の厚さ以下であることが好ましい。これにより、良好なメンテナンス性が確保でき、オシレートする溶接トーチ４との干渉や、母材３との干渉などを抑制することができる。

【0055】

また、検出端子１８の前面は、Ｘ方向において、ポケット部４５の上縁部と同じ、または、後方に位置することが好ましい。これにより、ポケット部４５は、開先部２側だけでなく、上方にも開口しているので、検出端子１８によってポケット部４５内の溶融スラグ浴７などの上方からの視認性を高めることができる。

【0056】

なお、検出端子１８の厚さは、下限が特に制限されるものではないが、好ましくは４ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上である。

【0057】

さらに、検出端子１８は、前面に上方に向かうにつれて後方に傾斜した傾斜面１８ａを有しており、これによっても、溶融スラグ浴７などの上方からの視認性を高めることができる。

【0058】

さらに、図７に示すように、当て金本体部４０の内部には、幅方向両側に、下端部から一対の袋孔５１がＺ方向に互いに平行に形成されている。袋孔５１は、その開口端が不図示の止め栓により封止されている。

【0059】

各袋孔５１の下部には、幅方向に延びる連通孔５２によって互いに連通されており、この開口端も不図示の止め栓により封止されている。また、各袋孔５１の上部には、袋孔５１に連通する一対の貫通孔５３が、当て金本体部４０の後面から形成されており、一対の貫通孔５３には、水冷パイプ７０（図３参照）が接続されている。これにより、当て金本体部４０の内部には、両端部が検出端子１８の幅方向側方に位置する、Ｕ字状の水冷経路５４が設けられている。

【0060】

したがって、検出端子１８は、熱伝導性のある絶縁部材４８を介して、水冷されている当て金本体部４０によって間接的に冷却されることで、検出端子１８の放熱性が向上し、検出端子１８の昇温が防止され、溶融スラグ浴７から受ける熱の影響を抑制できる。
また、水冷経路５４によって、当て金本体部４０の下方を水冷することで、スラグが早く形成され、よりビード形状が良好になり、スラグの焼き付き防止効果を高めることができる。

【0061】

当て金本体部４０の背面には、図５及び図７に示すように、走行台車１６側から延びるジョイント８０を取り付けるための取付け溝５５が形成されている。これにより、溶接用摺動銅当て金３０は、ジョイント８０を介して、走行台車１６と共に移動する。

【0062】

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

【実施例0063】

ここで、上述した本実施形態の溶接用摺動銅当て金と、本実施形態の溶接用摺動銅当て金に対してポケット部を有しない銅当て金とを用いて、サイズの異なる３つの母材についてエレクトロスラグ溶接を行った。表１は、試験条件及び溶接後の評価を示している。

【0064】

【表1】

【0065】

具体的に、実施例１、比較例２では、板厚１６ｍｍ、ギャップ７ｍｍ、開先角度４５°に設定された一対の母材に対して、ポケット部を有しない溶接用摺動銅当て金と、ポケット部の体積を１５００ｍｍ^３とした溶接用摺動銅当て金とを使用して溶接を行った。

【0066】

比較例１、実施例２～４では、板厚１６ｍｍ、ギャップ６ｍｍ、開先角度４５°に設定された一対の母材に対して、ポケット部を有しない溶接用摺動銅当て金と、ポケット部の体積を３０００ｍｍ^３、５２００ｍｍ^３、６３００ｍｍ^３とした溶接用摺動銅当て金とを使用して溶接を行った。

【0067】

実施例５では、板厚２５ｍｍ、ギャップ６ｍｍ、開先角度３５°に設定された一対の母材に対して、ポケット部の体積を３０００ｍｍ^３とした溶接用摺動銅当て金とを使用して溶接を行った。

【0068】

また、表１は、実施例１～５、及び比較例１～２のエレクトロスラグ溶接での溶接速度、電流、及び電圧を示している。

【0069】

本実施例では、溶接作業性、ビード外観、スラグ浴の安定性の３つを用いて、実施例１～５、及び比較例１～２を評価した。溶接作業性では、アーク発生後復帰できず、溶接ができないものを×、アーク発生が溶接長６００ｍｍ当たり１回以上と、頻発するものを△、アークが発生せず、安定した溶接が行われたものを〇とした。

【0070】

ビード外観は、ビードが安定せず、溶接ができないものを×、溶接長６００ｍｍでビード幅の変動が２ｍｍ以上と、ビード幅が不均一ではあるが実用に耐え得るものを〇、溶接長６００ｍｍでビード幅の変動が２ｍｍ以下となる、ビード幅が均一なものを◎とした。

【0071】

スラグ浴の安定性は、スラグが跳ねる、スロッピング現象が継続して、溶接ができないものを×、溶接長６００ｍｍで５回以上の頻繁なスロッピング現象が発生するが溶接できるものを〇、溶接長６００ｍｍで５回以下の、スロッピング現象の発生が軽微なものを◎とした。
なお、いずれの３つの評価も、溶接開始部分を除いて行った。

【0072】

この結果、比較例１，２に示すように、ポケット部を有しない溶接用摺動銅当て金を用いた場合には、いずれもアーク発生が頻発し、良好な溶接作業性が得られなかった。一方、実施例１～５に示すように、溶接用摺動銅当て金にポケット部を設けることで、溶接速度が５０ｍｍ／ｍｉｎ以上であっても、アークが発生せず、良好な溶接作業性が得られることがわかる。また、ポケット部の体積を２５００ｍｍ^３以上とすることで、さらに、ビード幅が均一となり、良好なビード外観が得られ、また、スロッピング現象の発生も軽微となり、安定した溶融スラグ浴が得られていることがわかる。

【0073】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶融スラグ浴を形成するように一対の母材間の開先部に対向配置され、前記開先部に沿って摺動する溶接用摺動銅当て金であって、
当て金本体部と、
前記当て金本体部の上端部に、前記当て金本体部と電気的に非接触となるように設けられ、前記溶融スラグ浴の溶接電圧を検出可能な溶融スラグ浴検出器の検出端子と、
を備え、
前記当て金本体部の開先部側の表面には、前記検出端子の下方に、固化スラグが接触する表面よりも前記開先部と反対側に凹み、前記溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成される、溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、当て金本体部に溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成されることで、溶接速度を大きくしてもアークが発生せず安定して溶接することができる。

【0074】

（２） 前記ポケット部の体積は、２５００ｍｍ^３以上である、（１）に記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、安定した溶融スラグ浴を得ることができ、良好なビード外観が得られ、また、スロッピング現象の発生も軽微となる。

【0075】

（３） 前記当て金本体部の開先部側で、幅方向両側の表面には、前記母材に接触可能な一対の接触面と、前記接触面と前記ポケット部の幅方向開口縁との間に形成された段差面と、が形成され、
前記接触面と前記段差面とは、前記固化スラグが接触する表面の側方から前記ポケット部の側方に亙って設けられる、（１）又は（２）に記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、段差面と母材の表面との間の隙間にスラグを入り込みにくくして、スラグの接触面側からの漏れを抑制することができる。

【0076】

（４） 前記検出端子の前記開先部と反対側には、前記当て金本体部と接触する支持板が取り付けられ、
前記検出端子と前記支持板との間には、絶縁性の薄板が介在する、（１）～（３）のいずれかに記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、絶縁性の薄板を用いて、検出端子と前記支持板との間の絶縁性を確保することができる。

【0077】

（５） 前記検出端子と前記当て金本体部との間には、絶縁部材が設けられている、（１）～（４）のいずれかに記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、絶縁部材を用いて、当て金本体部と検出端子との間の絶縁性を確保することができる。

【0078】

（６） 前記検出端子の厚さは、前記当て金本体部の厚さ以下である、（１）～（５）のいずれかに記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、良好なメンテナンス性が確保でき、オシレートする溶接トーチとの干渉や、母材との干渉などを抑制することができる。

【0079】

（７） 前記ポケット部は、開先部側及び上方に開口し、
前記一対の母材の板厚方向において、前記検出端子の前面は、前記ポケット部の上縁部と同じ、または、前記開先部と反対側に位置する、（６）に記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、溶融スラグ浴などの上方からの視認性を高めることができる。

【0080】

（８） 前記当て金本体部の内部には、両端部が前記検出端子の幅方向側方に位置する、Ｕ字状の水冷経路を有する、（１）～（７）のいずれかに記載の溶接用摺動銅当て金。
この構成によれば、水冷経路によって当て金本体部を冷却でき、検出端子に作用する熱の影響が抑制され、また、スラグの形成を促進できる。

【0081】

（９） 一対の母材間の開先部に向けて、（１）～（８）のいずれかに記載の溶接用摺動銅当て金を配置し、
該開先部内に、フラックスを投入するとともに、コンタクトチップの先端から溶接ワイヤを供給し、
前記コンタクトチップを前記開先部に沿って移動させるとともに前記溶接用摺動銅当て金を前記開先部に沿って摺動移動させて溶接する、
溶接方法。
この構成によれば、当て金本体部に溶融スラグ浴の溶融スラグを貯めるためのポケット部が形成された溶接用銅当て金を用いることで、溶接速度を大きくしてもアークが発生せず安定して溶接することができる。

【符号の説明】

【0082】

２ 開先部
３ 母材
４ 溶接トーチ
５ コンタクトチップ
６ 溶接ワイヤ
７ 溶融スラグ浴
９ 溶融金属
１２ フラックス
１３ 溶融スラグ浴検出器
１４ フラックス供給装置
１６ 走行台車
１８ 検出端子
３０ 溶接用摺動銅当て金
４０ 当て金本体部
４１ 接触面
４３ 凹部
４５ ポケット部
４７ 凹溝
４８ 絶縁部材
１００ エレクトロスラグ溶接装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】