特許 7082327 横向き突き合わせ溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-31

(45)【発行日】2022-06-08

(54)【発明の名称】横向き突き合わせ溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/23 20060101AFI20220601BHJP

   B23K 9/02 20060101ALI20220601BHJP

   B23K 33/00 20060101ALI20220601BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20220601BHJP

【ＦＩ】

B23K9/23 F

B23K9/02 G

B23K33/00 Z

B23K9/12 350B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020546787

(86)(22)【出願日】2019-08-16

(86)【国際出願番号】 JP2019032092

(87)【国際公開番号】W WO2020054312

(87)【国際公開日】2020-03-19

【審査請求日】2020-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2018170677

(32)【優先日】2018-09-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】野々村 将一

(72)【発明者】

【氏名】大岩 直貴

(72)【発明者】

【氏名】早川 秀隆

(72)【発明者】

【氏名】飯島 亨

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０７４２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１０２８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－０５６７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１０９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２４０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５３－４１１０５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭５０－１１８５７（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２

Ｂ２３Ｋ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下に並べて支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する横向き突き合わせ溶接方法において、
前記被溶接材間の突き合わせ部に横向きのＶ開先を形成し、
水平面に対する前記Ｖ開先の上側開先面の成す角度θａを水平面に対する前記Ｖ開先の下側開先面の成す角度θｂよりも大きく設定し、
前記Ｖ開先に沿って溶接トーチをウィービングさせつつ複数回パスさせて肉を盛る際の最初のパスは該溶接トーチを水平にして溶接トーチに供給される溶接ワイヤをルートギャップの下側面に近づけてから実施し、
以降、前記Ｖ開先の前記下側開先面に直に肉を盛るパスは前記溶接トーチを水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施し、
前記Ｖ開先の前記下側開先面に盛った下側ビードから前記Ｖ開先の前記上側開先面にかけて肉を盛って上側ビードを形成するパスは前記溶接トーチを水平面に対して上方に角度αａ傾けて実施する横向き突き合わせ溶接方法。

【請求項2】

前記Ｖ開先の前記下側開先面に盛った下側ビードに肉を盛って中間ビードを形成する場合には、前記溶接トーチを水平にしてパスを実施し、前記中間ビードから前記Ｖ開先の前記上側開先面にかけて肉を盛って前記上側ビードを形成するパスを水平面に対して前記溶接トーチを上方に角度αａ傾けて実施する請求項１に記載の横向き突き合わせ溶接方法。

【請求項3】

前記Ｖ開先の前記上側開先面と水平面とが成す角度θａと、前記Ｖ開先の前記下側開先面と水平面とが成す角度θｂとの合計が７０°以下である請求項１又は２に記載の横向き突き合わせ溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、大型構造物、例えば、タンカーに搭載される自立角型タンク（Self-supporting, Prismatic-shape IMO type B（自立角型IMOタイプBタンク））を製造する際に用いられる横向き突き合わせ溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

上記した自立角型タンクとしては、船体の形状に合わせて製造されるアルミ合金製のタンクがあり、このような自立角型タンクは、個々に製造される多数のブロックから構成されている。これらの多数のブロックの製造は、その大半がアルミ合金製の大型パネル（例えば１６ｍ角の大型パネル；被溶接材）同士のＭＩＧ溶接による突き合わせ接合から開始される。

【0003】

そして、最終的には、個々に製造されたブロック同士を接合して自立角型タンクを得るが、この最終段階における上下に積まれたブロック同士の突き合わせ接合には、横向き姿勢での突き合わせ溶接が実施される。

【0004】

従来において、上記したブロック同士の突き合わせ接合に採用される横向き突き合わせ溶接方法としては、例えば、特許文献１に記載された横向き自動溶接法がある。
この横向き自動溶接法では、上下に積まれたブロックの各立壁パネル間にレ開先を形成し、ウィービング機構を装備した台車に溶接トーチを搭載して、ウィービング動作する溶接トーチに溶接ワイヤを供給しつつ、台車をレ開先に沿って走行さて横向き溶接を行うようにしている。

【0005】

この際、アルミ合金に対する溶接は、溶接対象がアルミ合金であるが故にブローホールや溶け落ち等の溶接欠陥が生じやすい。
そこで、上記した従来の横向き自動溶接法では、レ開先のほぼ水平な下側開先面（下側ブロックにおける立壁パネルの端面）と溶接トーチ（溶接ワイヤ）とが成す角度を０～３０°に設定してウィービング動作を行わせることで、レ開先内にビードを盛るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開昭６０－１３０４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、上記した従来の横向き自動溶接法にあっては、上述したようにアルミ合金製におけるブロックの各立壁パネル同士を接合するに際して、良好なビード形状を得るべく、レ開先の下側開先面と溶接トーチとが成す角度を０～３０°に設定してウィービング動作を行わせるようにしているが、レ開先の下側開先面に溶け込み不足やブローホール等の溶接欠陥が生じてしまうのが現実であり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

【0008】

本開示は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、溶接欠陥を生じさせることなくアルミ合金に対する横向き突き合わせ溶接を行うことが可能である横向き突き合わせ溶接方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の第１の態様は、上下に並べて支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する横向き突き合わせ溶接方法において、前記被溶接材間の突き合わせ部に横向きのＶ開先を形成し、水平面に対する前記Ｖ開先の上側開先面の成す角度θａを水平面に対する前記Ｖ開先の下側開先面の成す角度θｂよりも大きく設定し、前記Ｖ開先に沿って溶接トーチをウィービングさせつつ複数回パスさせて肉を盛る際の最初のパスは該溶接トーチを水平にして溶接トーチに供給される溶接ワイヤをルートギャップの下側面に近づけてから実施し、以降、前記Ｖ開先の前記下側開先面に直に肉を盛るパスは前記溶接トーチを水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施し、前記Ｖ開先の前記下側開先面に盛った下側ビードから前記Ｖ開先の前記上側開先面にかけて肉を盛って上側ビードを形成するパスは前記溶接トーチを水平面に対して上方に角度αａ傾けて実施する構成としている。

【0010】

本開示の第１の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法において、アルミ合金製の被溶接材間の突き合わせ部に、水平面に対して角度θｂを成す下側開先面を有するＶ開先が形成されている。そのうえ、このＶ開先の下側開先面に肉を盛って下側ビードを形成するべく溶接トーチをパスさせる場合に、この溶接トーチを水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施するので、下側開先面に溶け込み不足が生じることが回避されることとなる。

【0011】

この際、Ｖ開先における上側開先面の水平面に対する角度θａは、下側開先面の水平面に対する角度θｂよりも大きく設定されているので、例えば、溶接部分にシールドガスを供給する場合、溶融金属中に発生するシールドガスに含まれる水素の気泡の上方への移動が促進されて、溶接部分にブローホールが残ることも回避されることとなる。

【0012】

加えて、本開示の第１の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法では、Ｖ開先の下側開先面に盛った下側ビードからＶ開先の上側開先面にかけて肉を盛って上側ビードを形成する場合に、溶接トーチを水平面に対して上方に角度αａ傾けてパスを実施するので、上側開先面に溶け込み不足が生じることも回避されることとなる。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係る横向き突き合わせ溶接方法において、溶接欠陥を生じさせることなくアルミ合金に対する横向き突き合わせ溶接を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の一実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法に用いられる横向き溶接装置を示す斜視説明図である。

【図2】本開示の一実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法により接合される被溶接材間のＶ開先を図１白抜き矢印方向から見た拡大断面説明図である。

【図3】図１の横向き溶接装置により接合された被溶接材のＶ開先を図１白抜き矢印方向から見た拡大断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示を図面に基づいて説明する。
図１は、本開示の一実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法に用いられるＭＩＧ溶接機である横向き溶接装置を示しており、図２，３は、本開示の一実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法により接合されるアルミ合金製の立壁パネル（被溶接材）間のＶ開先を示している。

【0016】

図１に示すように、アルミ合金製の立壁パネルＷｕ，Ｗｌは、上下に積まれたアルミ合金製の自立角型タンクにおけるブロックの各立壁を構成するパネルである。これらの立壁パネルＷｕ，Ｗｌを接合する横向き溶接装置１は、上側の立壁パネルＷｕ及び下側の立壁パネルＷｌ間に形成されたＶ開先Ｗｖに沿って配置されるレール２と、このレール２上を移動する台車列３を備えている。この台車列３は、黒太矢印で示す溶接方向の前進側（図示左下側）に位置するトーチ台車３Ａ及びこのトーチ台車３Ａにパイプ４を介して連結されているフィーダ台車３Ｂを具備している。

【0017】

トーチ台車３Ａには、立壁パネルＷｕ，Ｗｌに接近離間する方向に配置されたガイド３ａに沿って移動する支持台５と、この支持台５にＶ開先Ｗｖを横切る方向（上下方向）に配置された図示しない縦ガイドに沿って上下動するスライダ６と、このスライダ６に図示しないウィービン機構を介して湾曲矢印方向に揺動可能に支持される溶接トーチ７と、立壁パネルＷｕ，Ｗｌに対する溶接トーチ７の距離を検出するレーザ変位計８が搭載されている。

【0018】

一方、フィーダ台車３Ｂには、溶接ワイヤ１０を巻き付け状態で保持するリール１１と、このリール１１から溶接ワイヤ１０を送り出してコンジットライナ１２を介して溶接トーチ７に送るフィーダ１３が搭載されている。

【0019】

また、この横向き溶接装置１は、溶接トーチ７及びフィーダ１３に電源を供給すると共に、立壁パネルＷｕ，Ｗｌにアース接続する溶接電源１５と、制御部１６を備えている。

【0020】

制御部１６は、スライダ６に配置したウィービン機構の図示しないウィービン用モータの動作を制御する。加えて、制御部１６は、レーザ変位計８で検出する立壁パネルＷｕ，Ｗｌと溶接トーチ７との間の距離を一定に保持するように、支持台５の図示しない駆動モータの動作を制御するようになっている。

【0021】

この場合、溶接トーチ７には、図２に示すように、Ｖ開先Ｗｖ内に向けてシールドガスＧを噴射するノズル７ａが一体に設けられており、ホース２１及び溶接トーチ７のノズル７ａを介してＶ開先Ｗｖに供給されるガスボンベ１７からのシールドガスＧの流量は、図外のガス圧力センサで検出するガス圧に応じて制御部１６により制御されるようになっている。

【0022】

つまり、制御部１６では、立壁パネルＷｕ，Ｗｌ間に形成されたＶ開先Ｗｖに対して溶接を行う際に、溶接トーチ７と立壁パネルＷｕ，Ｗｌとの距離及びシールドガスＧの流量をあらかじめ算出した所定の値に保つように、支持台５の図示しない駆動モータ及びガスボンベ１７を含むガス供給系を制御するようになっている。

【0023】

さらに、この横向き溶接装置１は、溶接速度や溶接電流等の溶接条件を調整するための溶接リモコン１８と、制御部コントローラ１９を備えている。制御部コントローラ１９は、上記溶接トーチ７と立壁パネルＷｕ，Ｗｌとの距離及びシールドガスＧの流量等の溶接条件に加えて、Ｖ開先ＷｖのルートギャップＷｇの変化に対応するための複数パターンの溶接条件を制御部１６に入力する。なお、図１における符号２０は電源ケーブルである。

【0024】

この実施例では、例えば、溶接中において、Ｖ開先ＷｖのルートギャップＷｇが比較的大きく変化している部位に溶接トーチ７が差し掛かる際に、溶接リモコン１８の簡単なボタン操作で、ルートギャップＷｇの変化に対応する溶接条件に変更することができるようにしている。

【0025】

ここで、立壁パネルＷｕ，Ｗｌ間に形成された横向きのＶ開先Ｗｖにおいて、溶接中に溶融金属に発生するシールドガスＧに含まれる水素の気泡の上方への移動を促すうえで、上側開先面Ｗａの水平面に対する角度θａを下側開先面Ｗｂの水平面に対する角度θｂよりも大きく設定している。

【0026】

この際、溶け込み不足やブローホール等の溶接欠陥の発生を抑えつつ、適量の溶接ワイヤ１０を溶接金属としてＶ開先Ｗｖに溶け込ませるために、上側開先面Ｗａの水平面に対する角度θａと、下側開先面Ｗｂの水平面に対する角度θｂとの合計を７０°以下とすることが望ましく、５０°前後とすることがより望ましい。

【0027】

次に、上記横向き溶接装置１を用いて、アルミ合金製の立壁パネルＷｕ，Ｗｌ同士を突き合わせ接合する要領を説明する。

【0028】

まず、上下に並べて支持されたアルミ合金製の立壁パネルＷｕ，Ｗｌ同士を複数個所で溶接により仮付けする。

【0029】

この後、溶接トーチ７をウィービングさせつつ、立壁パネルＷｕ，Ｗｌ間のＶ開先Ｗｖに沿って台車列３を走行させて、横向き突き合わせ溶接を開始する。

【0030】

この横向き突き合わせ溶接では、Ｖ開先Ｗｖに沿って溶接トーチ７を複数回パスさせて肉を盛るが、最初のパスは、溶接トーチ７を水平にして（図２に示す状態で）、溶接ワイヤ１０をルートギャップＷｇの下側面Ｗｇｂに近づけてから実施する。この裏波溶接により、図３に示すように、Ｖ開先Ｗｖの裏側に裏波ビードＢｓが形成される。

【0031】

これに続く裏波ビードＢｓ上に肉を盛るパスのうち、Ｖ開先Ｗｖの下側開先面Ｗｂに直に肉を盛るパスは、図３に仮想線で示すように、溶接トーチ７を水平面に対して下方に角度αｂ（１５°前後）傾けて、溶接ワイヤ１０をＶ開先Ｗｖの下側開先面Ｗｂに近づけてから実施する。これによって、下側開先面Ｗｂ上に下側ビード（図３において●を付したビード）が形成される。

【0032】

また、これらの下側ビードに肉を盛るパスは、溶接トーチ７を水平にして、溶接ワイヤ１０を下側ビードに近づけてから実施する。これにより、下側ビード上に中間ビード（図３において〇を付したビード）が形成される。

【0033】

さらに、これらの中間ビードからＶ開先Ｗｖの上側開先面Ｗａにかけて肉を盛るパスは、図３に実線で示すように、溶接トーチ７を水平面に対して上方に角度αａ（５°前後）傾けて、溶接ワイヤ１０を中間ビードに近づけてから実施する。これにより、中間ビード上に上側ビード（図３において△を付したビード）が形成される。

【0034】

そして、この実施例では、最後のパスも、溶接トーチ７を水平面に対して上方に角度αａ傾けて、溶接ワイヤ１０を前パスで盛った上側ビードに近づけてから実施する。これにより、前パスの上側ビード上に最終ビードＢｅが形成される。

【0035】

なお、立壁パネルＷｕ，Ｗｌの肉厚が薄く、Ｖ開先Ｗｖの開先幅が狭い場合は、下側ビードに中間ビードを盛らずに直接上側ビードを重ねて盛ってもよい。すなわち、Ｖ開先Ｗｖの下側開先面Ｗｂに盛った下側ビードからＶ開先Ｗｖの上側開先面Ｗａにかけて肉を盛って上側ビードを形成するパスを、水平面に対して溶接トーチ７を上方に角度αａ傾けて実施する。

【0036】

本実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法において、上記したように、アルミ合金製の立壁パネルＷｕ，Ｗｌ間の突き合わせ部に、水平面に対して角度θｂを成す下側開先面Ｗｂを有するＶ開先Ｗｖが形成されている。そのうえ、このＶ開先Ｗｖの下側開先面Ｗｂに直に肉を盛るべく溶接トーチ７をパスさせる場合に、この溶接トーチ７を水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施するので、下側開先面Ｗｂに溶け込み不足が生じることが回避されることとなる。

【0037】

また、Ｖ開先Ｗｖにおける上側開先面Ｗａの水平面に対する角度θａは、下側開先面Ｗｂの水平面に対する角度θｂよりも大きく設定されているので、溶融金属中に発生するシールドガスＧに含まれる水素の気泡の上方への移動が促進されて、溶接部分にブローホールが残ることも回避されることとなる。

【0038】

加えて、本実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法では、Ｖ開先Ｗｖの下側開先面Ｗｂに盛った下側ビードからＶ開先Ｗｖの上側開先面Ｗａにかけて肉を盛って上側ビードを形成する場合に、溶接トーチ７を水平面に対して上方に角度αａ傾けてパスを実施するので、上側開先面Ｗａに溶け込み不足が生じることも回避されることとなる。

【0039】

また、本実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法では、下側ビードに肉を盛って中間ビードを形成する場合も、上下の開先面Ｗａ，Ｗｂに溶け込み不足が生じること、及び、溶接部分にブローホールが残ることのいずれもが回避されることとなる。

【0040】

さらに、本実施例に係る横向き突き合わせ溶接方法では、Ｖ開先Ｗｖの上側開先面Ｗａ及び下側開先面Ｗｂがそれぞれ水平面と成す角度θａ，θｂの合計を７０°以下としているので、アルミ合金製の立壁パネルＷｕ，Ｗｌに対して横向き溶接を行う場合に、溶け込み不足やブローホール等の溶接欠陥の発生を抑えつつ、適量の溶接ワイヤ１０を溶接金属としてＶ開先Ｗｖに溶け込ませ得ることとなる。

【0041】

なお、上記した実施例では、本開示に係る横向き突き合わせ溶接方法により、アルミ合金製のブロックにおける立壁パネルＷｕ，Ｗｌ同士を接合する場合を例に挙げて説明したが、被溶接材はパネルに限定されない。

【0042】

本開示に係る横向き突き合わせ溶接方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、レーザ変位計８に替えて超音波センサを採用してもよい。

【0043】

本開示の第１の態様は、上下に並べて支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する横向き突き合わせ溶接方法において、前記被溶接材間の突き合わせ部に横向きのＶ開先を形成し、水平面に対する前記Ｖ開先の上側開先面の成す角度θａを水平面に対する前記Ｖ開先の下側開先面の成す角度θｂよりも大きく設定し、前記Ｖ開先に沿って溶接トーチをウィービングさせつつ複数回パスさせて肉を盛る際の最初のパスは該溶接トーチを水平にして溶接トーチに供給される溶接ワイヤをルートギャップの下側面に近づけてから実施し、以降、前記Ｖ開先の前記下側開先面に直に肉を盛るパスは前記溶接トーチを水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施し、前記Ｖ開先の前記下側開先面に盛った下側ビードから前記Ｖ開先の前記上側開先面にかけて肉を盛って上側ビードを形成するパスは前記溶接トーチを水平面に対して上方に角度αａ傾けて実施する構成としている。

【0044】

本開示の第１の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法において、アルミ合金製の被溶接材間の突き合わせ部に、水平面に対して角度θｂを成す下側開先面を有するＶ開先が形成されている。そのうえ、このＶ開先の下側開先面に肉を盛って下側ビードを形成するべく溶接トーチをパスさせる場合に、この溶接トーチを水平面に対して下方に角度αｂ傾けて実施するので、下側開先面に溶け込み不足が生じることが回避されることとなる。

【0045】

この際、Ｖ開先における上側開先面の水平面に対する角度θａは、下側開先面の水平面に対する角度θｂよりも大きく設定されているので、例えば、溶接部分にシールドガスを供給する場合、溶融金属中に発生するシールドガスに含まれる水素の気泡の上方への移動が促進されて、溶接部分にブローホールが残ることも回避されることとなる。

【0046】

加えて、本開示の第１の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法では、Ｖ開先の下側開先面に盛った下側ビードからＶ開先の上側開先面にかけて肉を盛って上側ビードを形成する場合に、溶接トーチを水平面に対して上方に角度αａ傾けてパスを実施するので、上側開先面に溶け込み不足が生じることも回避されることとなる。

【0047】

本開示の第２の態様において、前記Ｖ開先の前記下側開先面に盛った下側ビードに肉を盛って中間ビードを形成する場合には、前記溶接トーチを水平にしてパスを実施し、前記中間ビードから前記Ｖ開先の前記上側開先面にかけて肉を盛って前記上側ビードを形成するパスを水平面に対して前記溶接トーチを上方に角度αａ傾けて実施する構成とする。

【0048】

本開示の第２の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法では、下側ビードに肉を盛って中間ビードを形成する場合も、上下の開先面に溶け込み不足が生じること、及び、溶接部分にブローホールが残ることのいずれもが回避されることとなる。

【0049】

本開示の第３の態様は、前記Ｖ開先の前記上側開先面と水平面とが成す角度θａと、前記Ｖ開先の前記下側開先面と水平面とが成す角度θｂとの合計が７０°以下である構成としている。

【0050】

本開示の第３の態様に係る横向き突き合わせ溶接方法では、Ｖ開先の上側開先面及び下側開先面がそれぞれ水平面と成す角度θａ，θｂの合計を７０°以下としているので、アルミ合金製の被溶接材に対して横向き溶接を行う場合に、ブローホール等の欠陥が生じるのをより確実に抑え得ることとなる。

【符号の説明】

【0051】

７ 溶接トーチ
Ｂｓ 裏波ビード（最初のパスによるビード）
Ｗｖ Ｖ開先
Ｗａ 上側開先面
Ｗｂ 下側開先面
Ｗｌ 下側の立壁パネル（被溶接材）
Ｗｕ 上側の立壁パネル（被溶接材）
αａ 溶接トーチの上方傾け角度
αｂ 溶接トーチの下方傾け角度
θａ 水平面に対する上側開先面の成す角度
θｂ 水平面に対する下側開先面の成す角度

【図1】

【図2】

【図3】