特許 7441126 両側サブマージアーク溶接装置及び方法

(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】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】両側サブマージアーク溶接装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/18 20060101AFI20240221BHJP

【ＦＩ】

B23K9/18 A

B23K9/18 C

B23K9/18 D

B23K9/18 F

B23K9/18 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020102289

(22)【出願日】2020-06-12

(65)【公開番号】P2021194678

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徳満 優

(72)【発明者】

【氏名】藤田 秀樹

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／２０８１３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭５４－０９５５２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５２－０３３８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－０８３３１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１７２６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０４９７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９７７３３１１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下に突き合わされた板材の第１主面に設けられた第１側開先と第２主面に設けられ且つ前記第１側開先にルート間隙を通じて連通された第２側開先とに同時に初層を形成する両側サブマージアーク溶接方法であって、
先行溶接領域及び当該先行溶接領域よりも溶接進行方向の後方に規定された後続溶接領域を両者の間隔を保持しながら溶接線に沿って前記溶接進行方向へ移動させ、
前記先行溶接領域において前記第１側開先に第１フラックスを供給するとともに前記第２側開先に第２フラックスを供給し、
前記先行溶接領域において裏当板で前記第２側開先へ前記第２フラックスを押し付けながら前記第１側開先のアーク溶接を行うと同時に、前記後続溶接領域において前記第２側開先のアーク溶接を行う、
両側サブマージアーク溶接方法。

【請求項2】

前記裏当板は前記第２側開先に対して進退移動可能であって、前記裏当板を前記第２側開先へ向けて付勢する、
請求項１に記載の両側サブマージアーク溶接方法。

【請求項3】

前記裏当板を所定周期で前記第２側開先から強制的に後退させたのち復帰させる、
請求項１又は２に記載の両側サブマージアーク溶接方法。

【請求項4】

上下に突き合わされた板材の第１主面に設けられた第１側開先と第２主面に設けられ且つ前記第１側開先にルート間隙を通じて連通された第２側開先とに同時に初層を形成する両側サブマージアーク溶接装置であって、
溶接時に前記第１側開先が通る第１側先行溶接領域及び前記第２側開先が通る第２側先行溶接領域からなる先行溶接領域と、前記先行溶接領域から溶接進行方向の後方へ離れ且つ溶接時に前記第２側開先が通る後続溶接領域とが規定され、
前記第１側先行溶接領域へ先行電極となる第１溶接ワイヤを供給する先行溶接トーチと、
前記第１側先行溶接領域の前記先行電極よりも前記溶接進行方向の前方へ第１フラックスを散布する第１散布口を有する第１フラックス供給装置と、
前記後続溶接領域へ後続電極となる第２溶接ワイヤを供給する後続溶接トーチと、
前記第２側先行溶接領域の前記先行電極よりも前記溶接進行方向の前方へ第２フラックスを散布する第２散布口を有する第２フラックス供給装置と、
前記第２側先行溶接領域の前記第２フラックスを前記第１側先行溶接領域へ向けて押圧する裏当板を有するバッキング装置と、
前記先行溶接トーチ、前記第１フラックス供給装置、前記後続溶接トーチ、前記第２フラックス供給装置、及び前記バッキング装置を溶接線に沿って前記溶接進行方向へ移動する送り装置とを備える、
両側サブマージアーク溶接装置。

【請求項5】

前記裏当板は、前記溶接進行方向と略直交し且つ前記第１側先行溶接領域へ向かう進出方向と、前記進出方向と反対の後退方向とへ変位可能に構成されている、
請求項４に記載の両側サブマージアーク溶接装置。

【請求項6】

前記バッキング装置は、前記裏当板を前記進出方向へ付勢する付勢部材を有する、
請求項５に記載の両側サブマージアーク溶接装置。

【請求項7】

前記裏当板の前記進出方向を向いた押圧面は、前記溶接進行方向の後側部分の後部押圧面と、前記後部押圧面よりも前記溶接進行方向の前側部分の前部押圧面とを有し、
前記前部押圧面が前記後部押圧面よりも後退するように、前記前部押圧面と前記後部押圧面とに前記進出方向の位置差が設けられている、
請求項５又は６に記載の両側サブマージアーク溶接装置。

【請求項8】

前記第２散布口は、前記前部押圧面の前記進出方向の前方に位置する、
請求項７に記載の両側サブマージアーク溶接装置。

【請求項9】

前記バッキング装置は、前記裏当板を前記後退方向と前記進出方向とへ移動させる進退移動アクチュエータを有し、
前記進退移動アクチュエータは、前記裏当板を前記後退方向へ強制的に移動させて前記第２フラックスの押圧状態を一旦解除したのち、前記裏当板を前記進出方向へ強制的に移動させて前記第２フラックスの押圧状態を復帰させる動作を行うように構成されている、
請求項５～８のいずれか一項に記載の両側サブマージアーク溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、両側サブマージアーク溶接装置及びこれを用いた溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

サブマージアーク溶接法は、溶接箇所に予め粒状のフラックスを散布しておき、フラックスの中にワイヤ（溶接材料）を連続的に供給し、フラックスに覆われた状態の母材とワイヤとの間にアークを発生させてそれらを溶融して接合させるものである。フラックスの一部はアーク熱によって溶融してスラグとなる。このスラグによってアーク及び溶融金属が大気から保護されることから、シールドガスが不要である。また、アーク光がフラックスによって遮蔽されることから、遮光保護具が不要である。このような作業上のメリットから、サブマージアーク溶接法は、例えば低温液体の貯蔵タンクの側板溶接などといった、屋外の現場で行われる溶接に採用されている。

【0003】

従来、サブマージアーク溶接法で板材を突合せ溶接する際には、先ず、突き合わされた一対の板材の表裏両側の開先底部に初層をそれぞれ形成し、次いで、これらの初層に溶接ビードを重ねて複数の階層を作り、開先を溶かしていく。表裏両側の開先底部に初層を形成する際には、表側から開先底部に溶接を施して初層を形成し、裏側の開先底部をガウジングやグラインダにより裏ハツリした後に、裏側から開先底部に溶接を施して初層を形成する。この工法によれば、裏ハツリにより裏側の開先底部の欠陥を除去できるが、裏ハツリ工程に長時間を要する。これに対し、裏ハツリを省略するために、表裏両側から同時に溶接する方法もある。

【0004】

特許文献１では、上下に並ぶＮｉ鋼板の端部同士をフラックスで覆いながら両側から溶接する両側同時サブマージアーク溶接方法が開示されている。この方法は、Ｎｉ基合金からなる第１ワイヤ及び第２ワイヤを電極として用い、Ｎｉ鋼板の接合領域に向けて第１ワイヤを繰り出す第１トーチと、第１トーチと反対側から接合領域に向けて第２ワイヤを繰り出す第２トーチとを、所定距離だけ離間しながら接合領域に沿って移動させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開ＷＯ２０１６／２０８１３１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のように、板材の表裏一側に配置された溶接トーチを先行溶接トーチとし、表裏他側に配置された溶接トーチを後続溶接トーチとして、先行溶接トーチと後続溶接トーチとを溶接線に沿ってずらして配置する場合には、板材の表側の開先を溶接しているときに裏側の開先へ溶融金属の抜けが生じる可能性がある。溶融金属の抜けが生じると、それが後続溶接トーチの溶接に悪影響を及ぼし、溶接品質を低下させるおそれがある。

【0007】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、板材の突合せ部を両側同時サブマージアーク溶接するにあたり、溶接進行方向に離間して配置された先行溶接トーチ及び後続溶接トーチを溶接線に沿って同時に進行させて表裏の開先を同時溶接する場合に、溶融金属の抜けに起因する溶接欠陥を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る両側サブマージアーク溶接方法は、上下に突き合わされた板材の第１主面に設けられた第１側開先と第２主面に設けられ且つ前記第１側開先にルート間隙を通じて連通された第２側開先とに同時に初層を形成する両側サブマージアーク溶接方法であって、
先行溶接領域及び当該先行溶接領域よりも溶接進行方向の後方に規定された後続溶接領域を両者の間隔を保持しながら溶接線に沿って前記溶接進行方向へ移動させ、
前記先行溶接領域において前記第１側開先に第１フラックスを供給するとともに前記第２側開先に第２フラックスを供給し、
前記先行溶接領域において裏当板で前記第２側開先へ前記第２フラックスを押し付けながら前記第１側開先のアーク溶接を行うと同時に、前記後続溶接領域において前記第２側開先のアーク溶接を行うことを特徴としている。

【0009】

また、本発明の一態様に係る両側サブマージアーク溶接装置は、
上下に突き合わされた板材の第１主面に設けられた第１側開先と第２主面に設けられ且つ前記第１側開先にルート間隙を通じて連通された第２側開先とに同時に初層を形成する両側サブマージアーク溶接装置であって、
溶接時に前記第１側開先が通る第１側先行溶接領域及び前記第２側開先が通る第２側先行溶接領域からなる先行溶接領域と、前記先行溶接領域から溶接進行方向の後方へ離れ且つ溶接時に前記第２側開先が通る後続溶接領域とが規定され、
前記第１側先行溶接領域へ先行電極となる第１溶接ワイヤを供給する先行溶接トーチと、
前記第１側先行溶接領域の前記先行電極よりも前記溶接進行方向の前方へ第１フラックスを散布する第１散布口を有する第１フラックス供給装置と、
前記後続溶接領域へ後続電極となる第２溶接ワイヤを供給する後続溶接トーチと、
前記第２側先行溶接領域の前記先行電極よりも前記溶接進行方向の前方へ第２フラックスを散布する第２散布口を有する第２フラックス供給装置と、
前記第２側先行溶接領域の前記第２フラックスを前記第１側先行溶接領域へ向けて押圧する裏当板を有するバッキング装置と、
前記先行溶接トーチ、前記第１フラックス供給装置、前記後続溶接トーチ、前記第２フラックス供給装置、及び前記バッキング装置を溶接線に沿って前記溶接進行方向へ移動する送り装置とを備えることを特徴としている。

【0010】

上記構成の両側サブマージアーク溶接装置では、先行溶接領域において裏当板が第２側先行溶接領域にある第２フラックスを第１側先行溶接領域へ向けて押圧することによって、板材の第２側開先に第２フラックスが押し付けられて、第２側開先に第２フラックスが加圧された状態で充填される。このように、上記構成の両側サブマージアーク溶接装置及び方法では、第１側開先でアーク溶接が行われている間は、その反対側の第２側開先に第２フラックスが加圧された状態で充填されている。これにより、第１側開先からルート間隙を通じて溶融金属が第２側開先へ抜け出ることが阻止される。そして、第１側開先が溶接された後の第２側開先は、開先底部の酸化物除去や抜け出た金属の除去などのハツリ作業を行わずとも開先底部の形状が整えられた状態にあることから、第２側開先が溶接されるときに健全な溶融金属が生成される。その結果、溶融金属の抜けに起因する溶接欠陥を抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、板材の突合せ部を両側同時サブマージアーク溶接するにあたり、溶接進行方向に離間して配置された先行溶接トーチ及び後続溶接トーチを溶接線に沿って同時に進行させて表裏の開先を同時溶接する場合に、溶融金属の抜けに起因する溶接欠陥を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置の概略構成を示す平面図である。

【図2】図２は、溶接進行方向から見た両側サブマージアーク溶接装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の両側サブマージアーク溶接装置は、例えば、ＬＮＧ等の低温液体を収容する貯蔵タンクを製造する際に使用される。低温液体の貯蔵タンクは、一般に、ドーム状の天井部と、その天井部から下方に延びる円筒状の胴部と、胴部を下方から覆う底部とで構成される。これらのうち胴部を形成する複数の板材（側板）は、周方向にリング状に並べられるとともに上下方向に重ねられて全体として円筒状に組み合わされる。側板の周方向の端部（垂直継手）が溶接されてリング体が形成され、上下方向に積み重ねられたリング体の上下方向の端部（水平継手）が、一段ごとに周方向に沿って横向き溶接される。この横向き溶接において初層を形成するために、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置が使用され得る。

【0014】

〔両側サブマージアーク溶接装置１の概略構造〕
図１は、両側サブマージアーク溶接装置１の概略構成を示す平面図であり、図２は、溶接進行方向Ｘから見た両側サブマージアーク溶接装置１の概略構成を示す図である。

【0015】

図２に示すように、両側サブマージアーク溶接装置１で溶接される板材（母材）７の突合せ部には、Ｘ字状の開先８が形成されている。開先８はＸ字状ではなく、Ｖ字状であってもよい。開先８は、板材７の第１側７Ａの主面に形成された第１側開先８１と、板材７の第２側７Ｂの主面に形成された第２側開先８２とからなる。第１側開先８１と第２側開先８２とは、ルート間隙８３を通じて連通されている。開先８の或る箇所においては、第１側開先８１の溶接後に第２側開先８２の溶接が行われる。上記貯蔵タンクに適用する場合には、側板の内面側が第１側７Ａとなり、側板の外面側が第２側７Ｂとなる。

【0016】

図１及び図２に示すように、両側サブマージアーク溶接装置１は、先行溶接ユニット２と、後続溶接ユニット３と、バッキング装置４と、送り装置５とを備える。先行溶接ユニット２は、板材７の第１側７Ａに配置される。後続溶接ユニット３及びバッキング装置４は、板材７の第２側７Ｂに配置される。

【0017】

先行溶接ユニット２、後続溶接ユニット３、及びバッキング装置４は、送り装置５によって溶接線Ｌに沿って溶接進行方向Ｘへ一体となって送られる。送り装置５は、例えば、先行溶接ユニット２、後続溶接ユニット３、及びバッキング装置４が搭載された台車と、台車が走行するレールとから構成される。但し、送り装置５の構成はこれに限定されない。なお、上記において「溶接線Ｌ」は、板材７の突合せ溶接される端部に沿った仮想のラインである。上記貯蔵タンクに適用する場合には、下のリング体の上縁と、上のリング体の下縁との間に規定される環状のラインが溶接線Ｌとなる。

【0018】

両側サブマージアーク溶接装置１には、先行溶接領域Ａと後続溶接領域Ｂとが規定されている。後続溶接領域Ｂは、先行溶接領域Ａから溶接進行方向Ｘの後方へ離間されている。先行溶接領域Ａは、第１側先行溶接領域Ａ１と第２側先行溶接領域Ａ２とからなる。板材７を溶接する際に、第１側先行溶接領域Ａ１を第１側開先８１が通り、第２側先行溶接領域Ａ２及び後続溶接領域Ｂを第２側開先８２が通るように、板材７と両側サブマージアーク溶接装置１とが位置決めされる。

【0019】

〔先行溶接ユニット２〕
先行溶接ユニット２は、板材７の第１側開先８１にサブマージアーク溶接を施す。先行溶接ユニット２は、先行溶接トーチ２３と、溶接電源２４と、第１フラックス供給装置２５と、制御装置２６とを備える。

【0020】

先行溶接トーチ２３は、第１溶接ワイヤ２１を保持して、第１溶接ワイヤ２１を第１側先行溶接領域Ａ１へ案内する。第１溶接ワイヤ２１は、ワイヤ送給装置２２によって先行溶接トーチ２３へ送給される。先行溶接トーチ２３には、第１溶接ワイヤ２１を保護・案内するコンジットチューブ、溶接電源２４から延びる給電ケーブル、第１溶接ワイヤ２１へ電流を供給する給電チップなどが設けられている。

【0021】

第１溶接ワイヤ２１は溶接材料であり、第１溶接ワイヤ２１の先端部分は先行電極２０となる。先行電極２０は、第１側先行溶接領域Ａ１に配置される。溶接時には、先行電極２０の先端は、溶接線Ｌと略同じ高さであって第１側開先８１内に位置決めされる。板材７である側板が耐低温性に優れたＮｉ鋼板である場合に、例えば、第１溶接ワイヤ２１として高Ｎｉ合金製のワイヤが採用され得る。但し、板材７と第１溶接ワイヤ２１との素材の組み合わせは上記に限定されない。

【0022】

ワイヤ送給装置２２は、例えば、第１溶接ワイヤ２１がコイル状に巻き付けられたワイヤリール、ワイヤリールから第１溶接ワイヤ２１を引き出す送給ローラ、送給ローラを回転駆動する送給モータ、第１溶接ワイヤ２１の矯正ガイドなどから構成される。ワイヤ送給装置２２による第１溶接ワイヤ２１の送給量は、制御装置２６によって制御される。

【0023】

溶接電源２４は、先行溶接トーチ２３（より詳細には、先行溶接トーチ２３に保持された第１溶接ワイヤ２１）と板材７に接続されて、溶接電流を供給する。これにより、先行電極２０と板材７との間に電位差が生じて、先行電極２０と板材７との間にアークが発生する。

【0024】

第１フラックス供給装置２５は、先行溶接ユニット２の溶接個所に予め第１フラックスＦ１を散布する。第１フラックス供給装置２５は、例えば、粒状の第１フラックスＦ１が収容されたホッパと、ホッパに収容されている第１フラックスＦ１を溶接箇所へ供給するフラックス供給管２８と、フラックス供給管２８を通じて供給された第１フラックスＦ１を溶接箇所に保持するためのフラックスベルト２９と、そのフラックスベルト２９から第１フラックスＦ１を吸引して回収するための回収ブロワとを有する。回収ブロワは、フラックスベルト２９から回収した第１フラックスＦ１をホッパへ戻すべくホッパと接続されている。

【0025】

フラックス供給管２８の出口である第１散布口２８Ａは、第１側先行溶接領域Ａ１において先行電極２０よりも溶接進行方向Ｘの前方であってフラックスベルト２９の上方に位置する。第１フラックス供給装置２５によるフラックス供給量は制御装置２６によって制御される。

【0026】

制御装置２６は、送り装置５、ワイヤ送給装置２２、溶接電源２４、及び第１フラックス供給装置２５の各々と電気的に接続されている。制御装置２６は、送り装置５へ溶接速度のための制御信号を与える。制御装置２６は、ワイヤ送給装置２２へワイヤ供給速度のための制御信号を与える。制御装置２６は、溶接電源２４へ溶接電流及び溶接電圧のための制御信号を与える。制御装置２６は、第１フラックス供給装置２５へフラックス供給量のための制御信号を与える。

【0027】

〔後続溶接ユニット３〕
後続溶接ユニット３は、板材７の第２側開先８２へサブマージアーク溶接を施す。後続溶接ユニット３は、後続溶接トーチ３３と、溶接電源３４と、第２フラックス供給装置３５と、制御装置３６とを備える。制御装置３６は、先行溶接ユニット２の制御装置２６と共用されてもよい。後続溶接トーチ３３は、第２溶接ワイヤ３１を保持して、第２溶接ワイヤ３１を後続溶接領域Ｂへ案内する。第２溶接ワイヤ３１は、ワイヤ送給装置３２によって後続溶接トーチ３３へ送給される。第２溶接ワイヤ３１の先端部分は後続電極３０となる。第１溶接ワイヤ２１と第２溶接ワイヤ３１とは、同じワイヤ材であってよい。

【0028】

後続溶接トーチ３３の後続電極３０は、先行溶接トーチ２３の先行電極２０よりも溶接進行方向Ｘの後方に配置されている。先行電極２０と後続電極３０との溶接線Ｌに沿った距離は、特に限定されないが、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であってよい。このような先行電極２０と後続電極３０の配置によって、開先８の同一箇所に対しては、先行溶接ユニット２によって板材７の第１側開先８１の溶接が行われた後で、後続溶接ユニット３によって第２側開先８２の溶接が行われる。

【0029】

第２フラックス供給装置３５は、第１フラックス供給装置２５と同様に、ホッパと、フラックス供給管３８と、フラックスベルト３９と、回収ブロワとを有する。フラックス供給管３８からの第２フラックスＦ２の出口である第２散布口３８Ａは、第２側先行溶接領域Ａ２において先行電極２０よりも溶接進行方向Ｘの前方であってフラックスベルト３９の上方に位置する。なお、第２フラックスＦ２と第１フラックスＦ１とは同じフラックス材であってよい。

【0030】

後続溶接ユニット３の構成要素は、実質的に先行溶接ユニット２の構成要素と同じ又は類似の構成を有する。よって、後続溶接ユニット３の構成要素についてのこれ以上の詳細な説明は省略する。

【0031】

〔バッキング装置４〕
バッキング装置４は、第１側先行溶接領域Ａ１において第１側開先８１の或る箇所の溶接が行われている間に、当該箇所の反対側の第２側開先８２へ第２フラックスＦ２を押し付ける。バッキング装置４は、第２フラックスＦ２を第２側開先８２へ加圧するので、第２フラックスＦ２は第２側開先８２に加圧された状態で安定して充填される。バッキング装置４は、裏当板４１と、付勢部材４４と、進退移動アクチュエータ４５とで構成される。

【0032】

裏当板４１は、第２側先行溶接領域Ａ２に配置され、第１側先行溶接領域Ａ１へ向かう進出方向Ｄ１と、進出方向Ｄ１の反対の後退方向Ｄ２とへ変位可能である。進出方向Ｄ１と後退方向Ｄ２は溶接進行方向Ｘと略直交する。裏当板４１が進出方向Ｄ１へ変位することによって裏当板４１は第１側先行溶接領域Ａ１へ近づき、裏当板４１が後退方向Ｄ２へ変位することによって裏当板４１は第１側先行溶接領域Ａ１から離れる。板材７に両側サブマージアーク溶接装置１がセットされている状態において、裏当板４１が進出方向Ｄ１へ変位することによって裏当板４１は第２側開先８２の底部へ近づき、裏当板４１が後退方向Ｄ２へ変位することによって裏当板４１は第２側開先８２の底部から離れる。裏当板４１の少なくとも一部分が、第２側開先８２に嵌り込んでいてもよい。

【0033】

裏当板４１は銅製の板状部材であって、進出方向Ｄ１へ向いた押圧面４８を有する。板材７に両側サブマージアーク溶接装置１がセットされている状態において、板材７の主面と押圧面４８とは略平行である。押圧面４８の上下の角は、第２側開先８２の開先面の傾きに応じた面取りが成されている。これにより、裏当板４１の一部分が第２側開先８２に嵌り込むことができる。

【0034】

裏当板４１の押圧面４８は、溶接進行方向Ｘの後側部分にあたる後部押圧面４８ａと、後部押圧面４８ａよりも溶接進行方向Ｘの前側部分にあたる前部押圧面４８ｂとを有する。前部押圧面４８ｂが後部押圧面４８ａよりも第１側先行溶接領域Ａ１（第２側開先８２）から後退しているように、前部押圧面４８ｂと後部押圧面４８ａとに進出方向Ｄ１の位置差が設けられている。後部押圧面４８ａと前部押圧面４８ｂとは、滑らかな斜面で接続されている。

【0035】

後続溶接ユニット３の第２フラックス供給装置３５の第２散布口３８Ａは、前部押圧面４８ｂの進出方向Ｄ１の前方に配置されていることが望ましい。これにより、第２側開先８２と前部押圧面４８ｂとの間に第２フラックスＦ２が散布される。

【0036】

進退移動アクチュエータ４５は、裏当板４１を進出方向Ｄ１と後退方向Ｄ２とへ強制的に移動させる。本実施形態において、進退移動アクチュエータ４５は、裏当板４１と接続されたロッド４２と、ロッド４２を収容したシリンダ４３とで構成されている。ロッド４２は溶接線Ｌと直交するように配置される。シリンダ４３は、流体圧シリンダ又は電動シリンダであってよい。裏当板４１とロッド４２との間には、裏当板４１を進出方向Ｄ１へ付勢する付勢部材４４が設けられている。付勢部材４４は、例えば、圧縮バネや弾性部材で構成されていてよい。ロッド４２がシリンダ４３から進出することによって裏当板４１は進出方向Ｄ１へ移動する。ロッド４２がシリンダ４３へ後退することによって裏当板４１は後退方向Ｄ２へ移動する。但し、進退移動アクチュエータ４５の構成は上記に限定されず、ラックアンドピニオン及び電動モータなどの公知の直動アクチュエータが採用されてもよい。

【0037】

進退移動アクチュエータ４５は、裏当板４１を後退方向Ｄ２へ強制的に移動させて第２フラックスＦ２の押圧状態を一旦解除したのち、裏当板４１を進出方向Ｄ１へ強制的に移動させて第２フラックスＦ２の押圧状態を復帰させる動作を行う。進退移動アクチュエータ４５のこのような動作は、例えば、両面サブマージアーク溶接中に１０秒ごとなどの所定周期で行われる。但し、進退移動アクチュエータ４５の動作は上記に限定されない。進退移動アクチュエータ４５は、上記に加えて、仮付けビードを溶接する際に、裏当板４１を後退方向Ｄ２へ強制的に移動させて、裏当板４１を後退方向Ｄ２に移動した状態を維持するように動作してもよい。

【0038】

〔両側サブマージアーク溶接方法〕
ここで、上記構成の両側サブマージアーク溶接装置１を用いた両側サブマージアーク溶接方法について説明する。

【0039】

初めに、板材７同士を上下に突き合わせるとともに、それら板材７の突合せ部にＸ状の開先８を形成する。

【0040】

次いで、先行電極２０が第１側開先８１内に挿入されるように、先行溶接トーチ２３を配置する。同様に、後続電極３０が第２側開先８２に挿入されるように、後続溶接トーチ３３を配置する。このとき、後続電極３０は、先行電極２０から所定距離だけ溶接進行方向Ｘの後方に位置する。また、裏当板４１が先行電極２０と板材７を介して反対側にあり、裏当板４１と第２側開先８２と対峙するか、裏当板４１の少なくとも一部分が第２側開先８２に挿入されている。更に、第１散布口２８Ａが先行電極２０の溶接進行方向Ｘの前方にあり、第２散布口３８Ａが裏当板４１の前部押圧面４８ｂと第２側開先８２との間の上方にある。

【0041】

上記のように板材７にセットされた両側サブマージアーク溶接装置１では、送り装置５によって先行溶接ユニット２、後続溶接ユニット３及びバッキング装置４が溶接線Ｌに沿って溶接進行方向Ｘへ移動しながら、先行溶接ユニット２及び後続溶接ユニット３によって板材７の両面から同時に溶接が行われる。

【0042】

第１側先行溶接領域Ａ１では、第１フラックス供給装置２５によって先行電極２０の前方の第１側開先８１へ第１フラックスＦ１が供給され、第１側開先８１が第１フラックスＦ１で覆われる。第１側先行溶接領域Ａ１と板材７を介して反対側の第２側先行溶接領域Ａ２では、第２フラックス供給装置３５によって第２側開先８２へ第２フラックスＦ２が供給され、第２側開先８２が第２フラックスＦ２で覆われる。

【0043】

第１側先行溶接領域Ａ１では、第１フラックスＦ１で覆われた第１側開先８１へ先行電極２０となる第１溶接ワイヤ２１が連続的に供給される。先行電極２０及び板材７へ電圧が印加され、先行電極２０と板材７との間にアークが発生する。アークにより板材７及び第１溶接ワイヤ２１が溶融して、第１側開先８１の底に初層が形成される。

【0044】

第１側先行溶接領域Ａ１と板材７を介して反対側の第２側先行溶接領域Ａ２では、裏当板４１によって第２側開先８２に第２フラックスＦ２が押し付けられて、第２フラックスＦ２が第２側開先８２に加圧された状態で充填されている。第２側開先８２に充填された第２フラックスＦ２によって、第１側開先８１の溶接時に第１側開先８１から第２側開先８２への溶融金属の抜けが抑制される。また、第２側開先８２に充填された第２フラックスＦ２の一部は第１側開先８１の溶接時のアークによって溶融してスラグとなってもよい。スラグによって第２側開先８２に露出した溶融金属が覆われることによって、この溶融金属の劣化（酸化など）が抑制される。

【0045】

先行溶接領域Ａで第１側開先８１の溶接が行われている間に、後続溶接領域Ｂで第２側開先８２の溶接が行われる。後続溶接領域Ｂでは、第２フラックスＦ２で覆われた第２側開先８２へ後続電極３０となる第２溶接ワイヤ３１が供給される。後続電極３０及び板材７へ電圧が印加され、板材７との間にアークが発生する。アークにより板材７及び第２溶接ワイヤ３１が溶融して、第２側開先８２に初層が形成される。

【0046】

第１側開先８１及び第２側開先８２に初層が形成されていく間に、バッキング装置４の進退移動アクチュエータ４５は、裏当板４１を所定周期で第２側開先８２から強制的に後退させたのち復帰させる動作を行う。

【0047】

以上によって、板材７の突合せ部の開先８に対し初層の両面同時サブマージアーク溶接が行われる。このように第１側開先８１及び第２側開先８２に初層が形成されたうえで、第１側開先８１及び第２側開先８２に多層溶接が行われて開先８が溶かされていくことにより、上下の板材７が接合される。

【0048】

以上に説明した通り、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接方法は、上下に突き合わされた板材７の第１主面に設けられた第１側開先８１と第２主面に設けられ且つ第１側開先８１にルート間隙８３を通じて連通された第２側開先８２とに同時に初層を形成する両側サブマージアーク溶接方法である。この両側サブマージアーク溶接方法は、先行溶接領域Ａ及び当該先行溶接領域Ａよりも溶接進行方向Ｘの後方に規定された後続溶接領域Ｂを両者の間隔を保持しながら溶接線Ｌに沿って溶接進行方向Ｘへ移動させ、先行溶接領域Ａにおいて第１側開先８１に第１フラックスＦ１を供給するとともに第２側開先８２に第２フラックスＦ２を供給し、先行溶接領域Ａにおいて裏当板４１で第２側開先８２へ第２フラックスＦ２を押し付けながら第１側開先８１のアーク溶接を行うと同時に、後続溶接領域Ｂにおいて第２側開先８２のアーク溶接を行うことを特徴としている。

【0049】

また、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１は、上下に突き合わされた板材７の第１主面に設けられた第１側開先８１と第２主面に設けられ且つ第１側開先８１にルート間隙８３を通じて連通された第２側開先８２とに同時に初層を形成するためのものであって、溶接時に第１側開先８１が通る第１側先行溶接領域Ａ１及び第２側開先８２が通る第２側先行溶接領域Ａ２からなる先行溶接領域Ａと、先行溶接領域Ａから溶接進行方向Ｘの後方へ離れ且つ溶接時に第２側開先８２が通る後続溶接領域Ｂとが規定されている。この両側サブマージアーク溶接装置１は、第１側先行溶接領域Ａ１へ先行電極２０となる第１溶接ワイヤ２１を供給する先行溶接トーチ２３と、第１側先行溶接領域Ａ１の先行電極２０よりも溶接進行方向Ｘの前方へ第１フラックスＦ１を散布する第１散布口２８Ａを有する第１フラックス供給装置２５と、後続溶接領域Ｂへ後続電極３０となる第２溶接ワイヤ３１を供給する後続溶接トーチ３３と、第２側先行溶接領域Ａ２の先行電極２０よりも溶接進行方向Ｘの前方へ第２フラックスＦ２を散布する第２散布口３８Ａを有する第２フラックス供給装置３５と、第２側先行溶接領域Ａ２の第２フラックスＦ２を第１側先行溶接領域Ａ１へ向けて押圧する裏当板４１を有するバッキング装置４と、先行溶接トーチ２３、第１フラックス供給装置２５、後続溶接トーチ３３、第２フラックス供給装置３５、及びバッキング装置４を溶接線Ｌに沿って溶接進行方向Ｘへ移動する送り装置５とを備えることを特徴としている。この両側サブマージアーク溶接装置１では、先行溶接領域Ａにおいて裏当板４１が第２側先行溶接領域Ａ２にある第２フラックスＦ２を第１側先行溶接領域Ａ１へ向けて押圧することによって、板材７の第２側開先８２に第２フラックスＦ２が押し付けられて、第２側開先８２に第２フラックスＦ２が加圧された状態で充填される。

【0050】

このように、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１及び方法では、第１側開先８１でアーク溶接が行われている間は、その反対側の第２側開先８２に第２フラックスＦ２が加圧された状態で充填されている。これにより、第１側開先８１からルート間隙８３を通じて溶融金属が第２側開先８２へ抜け出ることが阻止される。そして、第１側開先８１が溶接された後の第２側開先８２は、開先底部の酸化物除去や抜け出た金属の除去などのハツリ作業を行わずとも開先底部の形状が整えられた状態にあることから、第２側開先８２が溶接されるときに健全な溶融金属が生成される。その結果、溶融金属の抜けに起因する溶接欠陥を抑制することができる。

【0051】

本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１において、裏当板４１は、溶接進行方向Ｘと略直交し且つ第１側先行溶接領域Ａ１へ向かう進出方向Ｄ１と、進出方向Ｄ１と反対の後退方向Ｄ２とへ変位可能に構成されている。

【0052】

この構成により、裏当板４１は第２側開先８２に対して進退移動可能である。裏当板４１が進出方向Ｄ１へ進出することにより第２側開先８２へ第２フラックスＦ２が押圧され、裏当板４１が後退方向Ｄ２へ後退することにより第２側開先８２への第２フラックスＦ２の押圧が解除される。このように裏当板４１が進退移動することによって、第２側開先８２への第２フラックスＦ２の押圧状態を調整することが可能となる。

【0053】

そして、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１において、バッキング装置４は、裏当板４１を進出方向Ｄ１へ付勢する付勢部材４４を有する。

【0054】

この構成により、裏当板４１が第２側開先８２へ向けて付勢される。これにより、第２側開先８２と裏当板４１の間の第２フラックスＦ２の量の変化、板材７の表面の段差や歪などに対して裏当板４１を追従させ、裏当板４１による第２側開先８２への第２フラックスＦ２の押圧状態を保持することができる。

【0055】

また、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１において、裏当板４１の進出方向Ｄ１を向いた押圧面４８は、溶接進行方向Ｘの後側部分の後部押圧面４８ａと、後部押圧面４８ａよりも溶接進行方向Ｘの前側部分の前部押圧面４８ｂとを有し、前部押圧面４８ｂが後部押圧面４８ａよりも後退するように、前部押圧面４８ｂと後部押圧面４８ａとに進出方向Ｄ１の位置差が設けられている。

【0056】

この構成により、裏当板４１が板材７に対して溶接進行方向Ｘへ進行することによって、第２フラックスＦ２が第２側開先８２と前部押圧面４８ｂとの間に良好に取り込まれ、更に裏当板４１が溶接進行方向Ｘへ進行することによって、第２側開先８２と後部押圧面４８ａ及び前部押圧面４８ｂとの間で第２フラックスＦ２が加圧される。これにより、第２フラックスＦ２が第２側開先８２に均一に充填される。

【0057】

更に、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１において、第２散布口３８Ａは、前部押圧面４８ｂの進出方向Ｄ１の前方に位置する。

【0058】

この構成により、第２フラックスＦ２は、前部押圧面４８ｂの進出方向Ｄ１の前方、即ち、第２側開先８２と前部押圧面４８ｂとの間に散布される。これにより、第２フラックスＦ２が第２側開先８２と裏当板４１の押圧面４８との間に良好に取り込まれ、効率的に第２フラックスＦ２を散布することができる。

【0059】

また、本実施形態に係る両側サブマージアーク溶接装置１では、バッキング装置４は、裏当板４１を後退方向Ｄ２と進出方向Ｄ１とへ移動させる進退移動アクチュエータ４５を有する。そして、進退移動アクチュエータ４５は、裏当板４１を後退方向Ｄ２へ強制的に移動させて第２フラックスＦ２の押圧状態を一旦解除したのち、裏当板４１を進出方向Ｄ１へ強制的に移動させて第２フラックスＦ２の押圧状態を復帰させる動作を行うように構成されている。

【0060】

これにより、裏当板４１とフラックスベルト３９との間に挟まった第２フラックスＦ２によって裏当板４１の進退移動が阻害されることを防止できる。また、裏当板４１による第２フラックスＦ２の押圧状態がリセットされるので、良好な押圧状態を維持することができる。

【0061】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

【0062】

例えば、上記実施形態において裏当板４１は後部押圧面４８ａと前部押圧面４８ｂとの二段の押圧面４８を有する。但し、裏当板４１の押圧面４８は一段であってもよい。

【0063】

また、上記実施形態においてバッキング装置４の進退移動アクチュエータ４５は周期的に動作するように構成されているが、進退移動アクチュエータ４５は任意のタイミングで動作するように構成されていてもよい。

【0064】

また、上記実施形態においてバッキング装置４は裏当板４１を強制的に進退移動させる進退移動アクチュエータ４５を備えるが、進退移動アクチュエータ４５は省略されてもよい。この場合、例えば、裏当板４１を手動で後退方向Ｄ２へ移動させ、裏当板４１をバネなどの付勢部材によって進出方向Ｄ１へ移動させるように構成され得る。

【符号の説明】

【0065】

１ ：両側サブマージアーク溶接装置
２ ：先行溶接ユニット
３ ：後続溶接ユニット
４ ：バッキング装置
５ ：送り装置
７ ：板材
８ ：開先
２０ ：先行電極
２１ ：第１溶接ワイヤ
２３ ：先行溶接トーチ
２５ ：第１フラックス供給装置
２８Ａ ：第１散布口
３０ ：後続電極
３１ ：第２溶接ワイヤ
３３ ：後続溶接トーチ
３５ ：第２フラックス供給装置
３８Ａ ：第２散布口
４１ ：裏当板
４４ ：付勢部材
４５ ：進退移動アクチュエータ
４８ ：押圧面
４８ａ ：後部押圧面
４８ｂ ：前部押圧面
８１ ：第１側開先
８２ ：第２側開先
８３ ：ルート間隙
Ａ ：先行溶接領域
Ａ１ ：第１側先行溶接領域
Ａ２ ：第２側先行溶接領域
Ｂ ：後続溶接領域
Ｄ１ ：進出方向
Ｄ２ ：後退方向
Ｆ１，Ｆ２：フラックス
Ｌ ：溶接線
Ｘ ：溶接進行方向

【図1】

【図2】