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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-30
(45)【発行日】2024-09-09
(54)【発明の名称】傾斜狭開先溶接工法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/02 20060101AFI20240902BHJP
B23K 9/00 20060101ALI20240902BHJP
B23K 33/00 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
B23K9/02 G
B23K9/00 101F
B23K33/00 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2024106964
(22)【出願日】2024-07-02
【審査請求日】2024-07-23
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】592173124
【氏名又は名称】日本ファブテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100140718
【弁理士】
【氏名又は名称】仁内 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】上野 康雄
(72)【発明者】
【氏名】奥村 泰輔
(72)【発明者】
【氏名】山田 浩二
(72)【発明者】
【氏名】高野倉 正三
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５７－０８５６７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－０３２８３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２０６８２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／０２
Ｂ２３Ｋ ９／００
Ｂ２３Ｋ ３３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸ガスアーク溶接を使用して傾斜させて溶接する傾斜狭開先溶接工法であって、横向き溶接の狭開先を下板側の下側開先角度を水平より上向きに３５度～４５度に設定する工程と、
上板側の上側開先角度を前記下側開先角度より２度～５度の範囲で大きく設定する工程と、
前記狭開先のルートギャップを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定する工程と、
を有し、
前記下板及び前記上板に取り付けられ、前記上板の開先面下端部を位置決めするとともに開先角度および前記ルートギャップを設定し、溶融金属の溶落ちを防止する溶落ち防止部材が設けられ、
前記狭開先内に溶接ワイヤを送り出すワイヤ孔を有するコンタクトチップを挿入し、前記コンタクトチップをノズル軸回りに回転させずに前記下板と前記上板を、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う傾斜狭開先溶接工法。
【請求項2】
前記コンタクトチップを備えたトーチは、水平方向に移動可能に設けられている、請求項１に記載の傾斜狭開先溶接工法。
【請求項3】
前記コンタクトチップにおける溶接の初層の狙い位置を下側開先とする、請求項１に記載の傾斜狭開先溶接工法。
【請求項4】
前記コンタクトチップは、外径６ｍｍに設定され、耐熱絶縁テープが巻き付けられる、又はセラミック管に挿入されることで絶縁されている、請求項１に記載の傾斜狭開先溶接工法。
【請求項5】
前記コンタクトチップを備えたトーチは、上下方向および前後方向の移動距離が３０ｃｍである溶接装置に搭載され、前記トーチは、前記コンタクトチップの水平方向に沿う移動速度が１５ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定され、トーチ角度が０度～５０度、後退角度が０度～１０度である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の傾斜狭開先溶接工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、傾斜狭開先溶接工法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、炭酸ガスアーク溶接において、横向き溶接における被溶接部材の位置決め時間と溶接時間を短縮するとともに溶接欠陥を低減する横向き溶接工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、横向き溶接における開先を下板側の開先角度を水平より上向きに３５度～５５度とし、上板側の開先角度を下板側と平行にして、開先断面積を減少させ、この開先内に偏心孔を有するコンタクトチップを挿入し、コンタクトチップを回転してコンタクトチップを通過する溶接ワイヤの先端を回転させてア－クを高速回転して１層１パスで溶接する方法について記載されている。
特許文献１には、横向き溶接における開先を下板側の開先角度を水平より上向きに３５度～５５度とし、上板側の開先角度を下板側と平行にして、開先断面積を減少させ、この開先内に偏心孔を有するコンタクトチップを挿入し、コンタクトチップを回転してコンタクトチップを通過する溶接ワイヤの先端を回転させてア－クを高速回転して１層１パスで溶接する方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平８－２０６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の炭酸ガスアーク溶接を使用した横向き溶接工法では、３５°レ形開先の多パス溶接で行われることが一般的であることから、溶接量を抑え、より効率よく溶接することができ、かつ溶接欠陥を削減することができる溶接方法が求められており、その点で改善の余地があった。
【0005】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、下向き溶接で、溶接量を抑え、かつ高温割れの発生を防止しつつ開先内部を一層１パス施工による１パス溶接を可能とすることで、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行うことができる傾斜狭開先溶接工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本発明に係る傾斜狭開先溶接工法の態様１は、炭酸ガスアーク溶接を使用して傾斜させて溶接する傾斜狭開先溶接工法であって、横向き溶接の狭開先を下板側の下側開先角度を水平より上向きに３５度～４５度に設定する工程と、上板側の上側開先角度を前記下側開先角度より２度～５度の範囲で大きく設定する工程と、前記狭開先のルートギャップを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定する工程と、を有し、前記下板及び前記上板に取り付けられ、前記上板の開先面下端部を位置決めするとともに開先角度および前記ルートギャップを設定し、溶融金属の溶落ちを防止する溶落ち防止部材が設けられ、前記狭開先内に溶接ワイヤを送り出すワイヤ孔を有するコンタクトチップを挿入し、前記コンタクトチップをノズル軸回りに回転させずに前記下板と前記上板を、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う傾斜狭開先溶接工前記下板及び前記上板に取り付けられ、前記上板の開先面下端部を位置決めするとともに開先角度および前記ルートギャップを設定する裏当て金が設けられ、前記狭開先内に溶接ワイヤを送り出すワイヤ孔を有するコンタクトチップを挿入し、前記コンタクトチップをノズル軸回りに回転させずに前記下板と前記上板を、１パス施工により溶接を行うことを特徴としている。
【0007】
本発明に係る傾斜狭開先溶接工法の態様１によれば、下板側の下側開先角度を水平より上向きに３５度～４５度に設定し、狭開先のルートギャップを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定することで開先内部（板厚内部）では下向き溶接となり、表面付近では横向き溶接となり、溶接作業が容易になる。さらに、このように溶接条件を設定することで、開先断面積が小さくなって溶接量を抑えることができ、かつ高温割れの発生を防止でき、一層１パス溶接を可能とすることができる。
また、本発明では、上側開先角度が下側開先角度より２度～５度の範囲で大きく設定されて狭開先になっているので、開先先端部での狙い位置の視認性が好適となる。さらに狭開先内におけるコンタクトチップの可動領域の自由度を確保でき、溶接の作業性を高めることができる。また、上側開先角度が下側開先角度よりも５度より大きくなる場合のように溶接量が増えることを抑制できるため、溶接ワイヤ、炭酸ガスおよび電気の使用量を低減することができる。
また、本発明では、上側開先角度が下側開先角度より２度～５度の範囲で大きく設定されて狭開先になっているので、開先先端部での狙い位置の視認性が好適となる。さらに狭開先内におけるコンタクトチップの可動領域の自由度を確保でき、溶接の作業性を高めることができる。また、上側開先角度が下側開先角度よりも５度より大きくなる場合のように溶接量が増えることを抑制できるため、溶接ワイヤ、炭酸ガスおよび電気の使用量を低減することができる。
【0008】
このように、上述した溶接条件で施工することにより開先内を一層１パス溶接を可能とすることで、多パスで溶接する場合に比べて、溶接時間の短縮を図ることができ、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行うことができ、高品質な溶接を行うことができる。そのため、鋼構造建築の柱、鋼構造橋梁の脚、あるいは鋼構造塔等の工場溶接及び現場溶接工事において好適な溶接方法となる。
【0009】
また、本発明では、従来の３５°レ形開先の横向き溶接電流（例えば２４０Ａ～３００Ａ、φ１．４ｍｍ）に比べ、本発明の下向き開先溶接（φ１．４ｍｍ）では、３６５Ａ程度まで上昇させることができ、効率よく溶接することができる。
また、上述したように溶接作業の効率化を図ることができることから、溶接作業にかかる施工時間を短縮でき、生産量を増加することができる。
さらに、溶接作業が容易で簡単になるので、溶接作業者に高度の技量が不要となり、必要としない。
さらにまた、本発明では、一般的な裏当て金を使用して溶接を行うことができ、例えば二分割され、それぞれが上板および下板に固定するといった複雑な構成にする必要がなく、溶接作業の簡易化を図ることができる。
また、本発明では、コンタクトチップをノズル軸回りに回転させる必要がなく、一般的な溶接機を使用して溶接作業を行うことが可能である。そのため、コンタクトチップを回転させるための複雑な機構を有する溶接装置となることがなく、また溶接時の動作管理も容易であり、高品質な溶接を行うことができる。
また、上述したように溶接作業の効率化を図ることができることから、溶接作業にかかる施工時間を短縮でき、生産量を増加することができる。
さらに、溶接作業が容易で簡単になるので、溶接作業者に高度の技量が不要となり、必要としない。
さらにまた、本発明では、一般的な裏当て金を使用して溶接を行うことができ、例えば二分割され、それぞれが上板および下板に固定するといった複雑な構成にする必要がなく、溶接作業の簡易化を図ることができる。
また、本発明では、コンタクトチップをノズル軸回りに回転させる必要がなく、一般的な溶接機を使用して溶接作業を行うことが可能である。そのため、コンタクトチップを回転させるための複雑な機構を有する溶接装置となることがなく、また溶接時の動作管理も容易であり、高品質な溶接を行うことができる。
【0010】
（２）本発明の態様２は、態様１の傾斜狭開先溶接工法において、前記コンタクトチップを備えたトーチは、水平方向に移動可能に設けられていることが好ましい。
【0011】
この場合には、トーチを水平に移動させることにより、狭開先のためにガスシールド不足となって発生するブローホールを防止することができる。
【0012】
（３）本発明の態様３は、態様１又は態様２の傾斜狭開先溶接工法において、前記コンタクトチップにおける溶接の初層の狙い位置を下側開先とすることが好ましい。
【0013】
この場合には、開先底部における狭開先となる鋭角的なルート部において初層の狙い位置を下側開先とすることで、より健全な溶込みを達成することができる。
【0014】
本発明の態様４は、態様１から態様３のいずれか一つの傾斜狭開先溶接工法において、前記コンタクトチップは、外径６ｍｍに設定され、耐熱絶縁テープが巻き付けられる、又はセラミック管に挿入されることで絶縁されていることを特徴としてもよい。
【0015】
この場合には、狭開先の内部に挿入するコンタクトチップが開先面と接触して短絡することを防止できる。
【0016】
（５）本発明の態様５は、態様１から態様４のいずれか一つの傾斜狭開先溶接工法において、前記コンタクトチップを備えたトーチは、上下方向および前後方向の移動距離が３０ｃｍである溶接装置に搭載され、前記トーチは、前記コンタクトチップの水平方向に沿う移動速度が１５ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定され、トーチ角度が０度～５０度、後退角度が０度～１０度であることを特徴としてもよい。
【0017】
この場合には、溶接装置に設けられるトーチの可動条件を上記のように設定することにより、上述した形状の狭開先内を効率よく溶接することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る傾斜狭開先溶接工法によれば、下向き溶接で、溶接量を抑え、かつ高温割れの発生を防止しつつ開先内部を一層１パス施工による溶接を可能とすることで、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態による傾斜狭開先溶接工法を示す模式的な断面図である。
【図5】第１実施例の開先形状を示す断面図であって、（ａ）は比較例の図、（ｂ）は実施例の図である。
【図6】第１実施例の結果を示す図であって、鋼板の板厚と開先断面積との関係を示す図である。
【図7】（ａ）～（ｃ）は、第２実施例による試験例１～３の溶接状態を模式的に示した断面図である。
【図8】（ａ）～（ｃ）は、第２実施例による試験例４～６の溶接状態を模式的に示した断面図である。
【図9】（ａ）～（ｃ）は、第２実施例による試験例１～３の溶接断面の写真である。
【図10】（ａ）～（ｃ）は、第２実施例による試験例４～６の溶接断面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明に係る傾斜狭開先溶接工法の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において、各構成部材を視認可能な大きさとするために必要に応じて各構成部材の縮尺を適宜変更している場合がある。
【0021】
図１～図４に示すように、本実施形態の傾斜狭開先溶接工法は、母材である鋼板５の狭開先５０において、溶接装置１を用い、炭酸ガスアーク（ＭＡＧ）溶接を使用して傾斜させて板厚内部を１層１パス施工により溶接を行う方法である。
【0022】
本傾斜狭開先溶接工法は、鋼板５として、例えば橋梁に使用される橋脚に好適に採用することができ、このような橋脚における現場溶接部の溶接に対して高い適用性をもつ。鉄橋では、柱の現場溶接部、柱の角溶接部（工場）に高い適用性がある。鋼板５は、下板５Ａと上板５Ｂとを有する。本溶接方法では、下板５Ａと上板５Ｂとの間の狭開先５０を溶接することで、下板５Ａに対して上板５Ｂを接合した溶接継手とする方法である。
【0023】
本実施形態による傾斜狭開先溶接工法は、横向き溶接の狭開先５０を下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定する工程と、上板５Ｂ側の上側開先角度αを下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定する工程と、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定する工程と、を有する。下側開先角度θは、好ましくは３５度である。
【0024】
傾斜狭開先溶接工法では、下板５Ａ及び上板５Ｂに取り付けられ、上板５Ｂの開先面下端部５ａを位置決めするとともに開先角度（下側開先角度θ、上側開先角度α）およびルートギャップＲＧを設定し、溶融金属の溶け落ちを防止する裏当て金６（溶落ち防止部材）が設けられる。また、傾斜狭開先溶接工法では、狭開先５０内に溶接ワイヤ１０を送り出すワイヤ孔２１を有するコンタクトチップ２２を挿入し、コンタクトチップ２２をノズル軸Ｏ１回りに回転させずに下板５Ａと上板５Ｂの開先内部を一層１パス施工により溶接を行う。
【0025】
コンタクトチップ２２は、例えば自作のものであり、トーチ２０に備えられている。コンタクトチップ２２は、電極ワイヤを溶接部へ案内するとともに溶接電流を供給する円筒形の導体であり、トーチ２０の先端に固定される交換可能な金属部品である。
トーチ２０は、上下方向Ｚおよび前後方向Ｙ（鋼板５の板厚ｔの方向に相当）の移動距離が３０ｃｍである溶接装置１に搭載されている。トーチ２０は、コンタクトチップ２２の水平方向で開先延在方向Ｘに沿う移動速度が１５ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定され、トーチ角度βが０度～５０度、後退角度β１が０度～１０度に設定されている。トーチ角度βは、トーチ２０における水平方向との傾斜角度である。
トーチ２０は、上下方向Ｚおよび前後方向Ｙ（鋼板５の板厚ｔの方向に相当）の移動距離が３０ｃｍである溶接装置１に搭載されている。トーチ２０は、コンタクトチップ２２の水平方向で開先延在方向Ｘに沿う移動速度が１５ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定され、トーチ角度βが０度～５０度、後退角度β１が０度～１０度に設定されている。トーチ角度βは、トーチ２０における水平方向との傾斜角度である。
【0026】
図１に示すように、溶接装置１は、コンタクトチップ２２を水平方向で開先延在方向Ｘに移動可能に設けている。ここで、開先延在方向Ｘは、上下方向Ｚ及び前後方向Ｙに直交する方向である。
【0027】
溶接装置１は、開先延在方向Ｘに沿って延びる案内レール（図示省略）と、案内レール上を走行可能な溶接ヘッド（図示省略）と、を有する。溶接ヘッドには、コンタクトチップ２２を備えたトーチ２０が一体的に設けられている。溶接ヘッドは、トーチ２０を上下方向Ｚ、前後方向Ｙ及びトーチ角度βで回動させる機構を備えている。すなわち、トーチ２０およびコンタクトチップ２２は、開先延在方向Ｘにスライド可能であり、さらに上下方向Ｚ、前後方向Ｙに移動可能であり、トーチ角度βも変更可能である。
【0028】
コンタクトチップ２２は、外径６ｍｍに設定されている。コンタクトチップ２２は、耐熱絶縁テープ（図示省略）を巻き付けられる、又はセラミック管に挿入されることで絶縁されている。
【0029】
本傾斜狭開先溶接工法では、溶接ワイヤ１０のワイヤ径が１．２ｍｍ～１．４ｍｍのものが使用される。傾斜狭開先溶接工法では、電流値を２４０Ａ～３６５Ａに設定し、電圧を２１Ｖ～４２Ｖに設定し、溶接移動速度を１８ｃｍ／分～５０ｃｍ／分に設定している。このような溶接条件とすることで、狭開先５０において一層１パス溶接で発生する溶込不良や融合不良をより確実に防止することができる。
【0030】
【0031】
また、図２に示すように、傾斜狭開先溶接工法では、高さｈと幅Ｗの比（ｈ／Ｗ）が１．０以下となることが好ましい。
【0032】
傾斜狭開先溶接工法では、上記の溶接条件に基づいて、電源（図示せず）から溶接ワイヤ１０に通電を行い、鋼板５と溶接ワイヤ１０との間でアークを発生させる。そして、トーチ２０を、進行方向（図１において紙面に直交する方向）へ設定される移動速度で移動させる。そうすると、アークの後方側に溶融池が形成される。
【0033】
次に、このように構成される傾斜狭開先溶接工法の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態による傾斜狭開先溶接工法は、炭酸ガスアーク溶接（ＭＡＧ溶接）を使用して傾斜させて溶接する。傾斜狭開先溶接工法は、横向き溶接の狭開先５０を下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定する工程と、上板５Ｂ側の上側開先角度αを下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定する工程と、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定し、溶接金属の溶落ちを防止する工程と、を有する。傾斜狭開先溶接工法は、下板５Ａ及び上板５Ｂに取り付けられ、上板５Ｂの開先面下端部５ａを位置決めするとともに開先角度およびルートギャップＲＧを設定する裏当て金６が設けられ、狭開先５０内に溶接ワイヤ１０を送り出すワイヤ孔２１を有するコンタクトチップ２２を挿入し、コンタクトチップ２２をノズル軸Ｏ１回りに回転させずに下板５Ａと上板５Ｂを、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う。
本実施形態による傾斜狭開先溶接工法は、炭酸ガスアーク溶接（ＭＡＧ溶接）を使用して傾斜させて溶接する。傾斜狭開先溶接工法は、横向き溶接の狭開先５０を下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定する工程と、上板５Ｂ側の上側開先角度αを下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定する工程と、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定し、溶接金属の溶落ちを防止する工程と、を有する。傾斜狭開先溶接工法は、下板５Ａ及び上板５Ｂに取り付けられ、上板５Ｂの開先面下端部５ａを位置決めするとともに開先角度およびルートギャップＲＧを設定する裏当て金６が設けられ、狭開先５０内に溶接ワイヤ１０を送り出すワイヤ孔２１を有するコンタクトチップ２２を挿入し、コンタクトチップ２２をノズル軸Ｏ１回りに回転させずに下板５Ａと上板５Ｂを、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う。
【0034】
本実施形態による傾斜狭開先溶接工法によれば、下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定し、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定することで開先内部（板厚内部）では下向き溶接、表面付近では横向き溶接となり、溶接作業が容易になる。つまり、下側開先角度θが４５度より大きい場合のように溶接量が増大し、コストがかかることを防止でき、下側開先角度θが３５度より小さい場合のように収縮量を抑制し、施工性を向上させることができる。さらに、ルートギャップＲＧが１２ｍｍより大きい場合のように、施工がしにくくなることを防止できる。
このように溶接条件を設定することで、開先断面積が小さくなって溶接量を抑えることができ、かつ高温割れの発生を防止でき、開先内を一層１パス溶接を可能とすることができる。
このように溶接条件を設定することで、開先断面積が小さくなって溶接量を抑えることができ、かつ高温割れの発生を防止でき、開先内を一層１パス溶接を可能とすることができる。
【0035】
また、本実施形態では、上側開先角度αが下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定されて狭開先５０になっているので、開先先端部で溶接ワイヤ１０の狙い位置の視認性が好適となる。さらに狭開先５０内におけるコンタクトチップ２２の可動領域の自由度を確保でき、溶接の作業性を高めることができる。また、上側開先角度αが下側開先角度θよりも５度より大きくなる場合のように溶接量が増えることを抑制できるため、溶接ワイヤ１０、炭酸ガスおよび電気の使用量を低減することができる。
【0036】
このように、上述した溶接条件で施工することにより開先内を一層１パス溶接を可能とすることで、多パスで溶接する場合に比べて、溶接時間の短縮を図ることができ、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行うことができ、高品質な溶接を行うことができる。そのため、鋼構造建築の柱、鋼構造橋梁の脚、あるいは鋼構造塔等の工場溶接及び現場溶接工事において好適な溶接方法となる。
【0037】
また、本実施形態では、従来の３５°レ形開先の横向き溶接電流（例えば２４０Ａ～３００Ａ、φ１．４ｍｍ）に比べ、本発明の下向き開先溶接（φ１．４ｍｍ）では、３６５Ａ程度まで上昇させることができ、効率よく溶接することができる。
【0038】
また、本実施形態では、上述したように溶接作業の効率化を図ることができることから、溶接作業にかかる施工時間を短縮でき、生産量を増加することができる。
【0039】
さらに、本実施形態では、溶接作業が容易で簡単になるので、溶接作業者に高度の技量が不要となり、必要としない。
【0040】
さらにまた、本実施形態では、一般的な裏当て金を使用して溶接を行うことができ、例えば二分割され、それぞれが上板および下板に固定するといった複雑な構成にする必要がなく、溶接作業の簡易化を図ることができる。
【0041】
また、本実施形態では、コンタクトチップ２２をノズル軸Ｏ１回りに回転させる必要がなく、一般的な溶接機を使用して溶接作業を行うことが可能である。そのため、コンタクトチップ２２を回転させるための複雑な機構を有する溶接装置となることがなく、また溶接時の動作管理も容易であり、高品質な溶接を行うことができる。
【0042】
また、本実施形態では、コンタクトチップ２２を備えたトーチ２０は、水平方向に移動可能に設けられていることが好ましい。
そのため、電極ノズルに二重ノズルを採用することで、狭開先５０のためにガスシールド不足となって発生するブローホールを防止することができる。
そのため、電極ノズルに二重ノズルを採用することで、狭開先５０のためにガスシールド不足となって発生するブローホールを防止することができる。
【0043】
また、本実施形態では、開先底部における狭開先５０となる鋭角的なルート部において初層Ｐ１の狙い位置を下側開先５ｂとすることで、より健全な溶込みを達成することができる。
【0044】
また、本実施形態では、コンタクトチップ２２は、外径６ｍｍに設定され、耐熱絶縁テープ（図示省略）を巻き付けられる、又はセラミック管に挿入されることで絶縁されている。
そのため、狭開先５０の内部に挿入するコンタクトチップ２２が開先面と接触して短絡することを防止できる。
そのため、狭開先５０の内部に挿入するコンタクトチップ２２が開先面と接触して短絡することを防止できる。
【0045】
また、本実施形態では、コンタクトチップ２２を備えたトーチ２０は、上下方向Ｚおよび前後方向Ｙの移動距離が３０ｃｍである溶接装置１に搭載される。トーチ２０は、コンタクトチップ２２の水平方向に沿う移動速度が１５ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定され、トーチ角度βが０度～５０度、後退角度β１が０度～１０度である。
そのため、溶接装置１に設けられるトーチ２０の可動条件を上記のように設定することにより、上述した形状の狭開先５０内を効率よく溶接することができる。
そのため、溶接装置１に設けられるトーチ２０の可動条件を上記のように設定することにより、上述した形状の狭開先５０内を効率よく溶接することができる。
【0046】
上述のように構成された本実施形態による傾斜狭開先溶接工法では、下向き溶接で、溶接量を抑え、かつ高温割れの発生を防止しつつ開先内部を一層１パス施工による１パス溶接を可能とすることで、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行うことができる。
【0047】
次に、上述した実施形態による傾斜狭開先溶接工法の効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。
【0048】
（第１実施例）
第１実施例は、上述した実施形態の狭開先５０（図２参照）による傾斜狭開先溶接工法の実施例１と、従来のレ形開先による溶接工法の比較例１のそれぞれの開先断面積を比較したものである。
第１実施例は、上述した実施形態の狭開先５０（図２参照）による傾斜狭開先溶接工法の実施例１と、従来のレ形開先による溶接工法の比較例１のそれぞれの開先断面積を比較したものである。
【0049】
図５（ａ）は、比較例によるレ形開先の開先断面形状を示している。図５（ｂ）は、実施例による狭開先の開先断面形状を示している。
図５（ａ）に示すように、比較例のレ形開先溶接は、開先角度が３５°、ルートギャップが７ｍｍ、余盛高さが３ｍｍ、ＲＦ（ルートフェイス）が０である。なお、ＲＦ（ルートフェイス）は、開先部の斜面を除いた垂直面の長さを指す。図５（ｂ）に示すように、実施例の狭開先溶接は、下側開先角度θが３５°、上側開先角度αが３７°（下側開先角度θ＋２°）、ルートギャップＲＧが１０ｍｍ、余盛り高さが３ｍｍである。
図５（ａ）に示すように、比較例のレ形開先溶接は、開先角度が３５°、ルートギャップが７ｍｍ、余盛高さが３ｍｍ、ＲＦ（ルートフェイス）が０である。なお、ＲＦ（ルートフェイス）は、開先部の斜面を除いた垂直面の長さを指す。図５（ｂ）に示すように、実施例の狭開先溶接は、下側開先角度θが３５°、上側開先角度αが３７°（下側開先角度θ＋２°）、ルートギャップＲＧが１０ｍｍ、余盛り高さが３ｍｍである。
【0050】
図６は、下側開先角度θが３５°において、鋼板の板厚ｔ（ｍｍ）と開先断面積（ｍｍ２）との関係を示している。図６において、横軸は鋼板の板厚ｔ（ｍｍ）であり、縦軸は開先断面積（ｍｍ２）である。
図６に示すように、実施例は、比較例に比べて板厚ｔが大きくなっても開先断面積の増加率が小さく抑えられることが確認できる。例えば、板厚ｔが１００ｍｍのとき、比較例１の開先断面積は略４３００ｍｍ２であり、実施例の開先断面積は略１５００ｍｍ２であり、実施例は比較例の半分以下の開先断面積となる。そのため、溶接量を小さく抑えることができ、開先内を一層１パス溶接が可能であることを確認できる。
図６に示すように、実施例は、比較例に比べて板厚ｔが大きくなっても開先断面積の増加率が小さく抑えられることが確認できる。例えば、板厚ｔが１００ｍｍのとき、比較例１の開先断面積は略４３００ｍｍ２であり、実施例の開先断面積は略１５００ｍｍ２であり、実施例は比較例の半分以下の開先断面積となる。そのため、溶接量を小さく抑えることができ、開先内を一層１パス溶接が可能であることを確認できる。
【0051】
（第２実施例）
第２実施例は、溶接条件を変えた試験例１～６において、溶接状態を目視により確認し、それぞれの品質を評価した。
図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例１～３の溶接状態を模式的に示した断面図である。図８（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例４～６の溶接状態を模式的に示した断面図である。図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例１～３の溶接断面の写真である。図１０（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例４～６の溶接断面の写真である。
第２実施例は、溶接条件を変えた試験例１～６において、溶接状態を目視により確認し、それぞれの品質を評価した。
図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例１～３の溶接状態を模式的に示した断面図である。図８（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例４～６の溶接状態を模式的に示した断面図である。図９（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例１～３の溶接断面の写真である。図１０（ａ）～（ｃ）は、それぞれ試験例４～６の溶接断面の写真である。
【0052】
板厚、狭開先及び裏当ての形状が異なる試験例１～６において、表１～６に示す溶接条件により試験鋼板に対して炭酸ガスアーク溶接で一層１パスにより溶接を行った。表１～６に示すように、溶接条件は、パス（Ｐａｓｓ）毎の電流（Ａ）、電圧（Ｖ）、速度（ｃｍ／分）、溶接ワイヤの入熱量（ｋＪ／ｃｍ）、ワイヤ突き出し（ｍｍ）、狙い位置、ノズルの種類、トーチ角度（°）、後退角（°）である。狙い位置において、ノズルは、ノズル軸方向の長さを示し、例えば「６０＋カバー」は、長さ６０ｍｍのチップと、カバー（スライドノズルを示す）を使用し、「直８５」は、表面近くで横向き溶接となる際にストレートで８５ｍｍのノズルを使用していることを表している。
また、図７（ａ）～（ｃ）、図８（ａ）～（ｃ）に示す「Ｓ」の数値はテストピースのスタート側のルートギャップの測定値を示し、「Ｅ」の数値はテストピースのエンド側のルートギャップの測定値を示している。
また、図７（ａ）～（ｃ）、図８（ａ）～（ｃ）に示す「Ｓ」の数値はテストピースのスタート側のルートギャップの測定値を示し、「Ｅ」の数値はテストピースのエンド側のルートギャップの測定値を示している。
【0053】
以下に、試験例１～６の溶接条件と試験結果を示す。
溶接状態の評価は、目視検査及び超音波探傷検査（日本建築学会「鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査基準・同解説」）に基づいて行い、溶接欠陥の有無を確認し、溶接欠陥が認められない場合に良好（Ｇｏｏｄ）、１箇所でも溶接欠陥が確認された場合には不良（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）と評価した。
溶接状態の評価は、目視検査及び超音波探傷検査（日本建築学会「鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査基準・同解説」）に基づいて行い、溶接欠陥の有無を確認し、溶接欠陥が認められない場合に良好（Ｇｏｏｄ）、１箇所でも溶接欠陥が確認された場合には不良（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）と評価した。
【0054】
図７（ａ）、図９（ａ）及び表１に示すように、試験例１は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが３５°、上側開先角度αが３７°（θ＋２°）であり、裏当て金を使用した。試験例１では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６０（開先内）－３５リットル／分（表面部）であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。表１において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例１は、「良好」の評価となった。
試験例１は、「良好」の評価となった。
【0055】
【表1】
【0056】
図７（ｂ）、図９（ｂ）及び表２に示すように、試験例２は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが４０°、上側開先角度αが４２°（θ＋２°）であり、裏当て金を使用した。試験例２では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６０（開先内）－３５リットル／分（表面部）であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。表２において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例２は、「良好」の評価となった。
試験例２は、「良好」の評価となった。
【0057】
【表2】
【0058】
図７（ｃ）、図９（ｃ）及び表３に示すように、試験例３は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが４０°、上側開先角度αが４２°（θ＋２°）であり、裏当て金を使用した。試験例３では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６０（開先内）－３５リットル／分（表面部）であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。表３において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例３は、「良好」の評価となった。
試験例３は、「良好」の評価となった。
【0059】
【表3】
【0060】
図８（ａ）、図１０（ａ）及び表４に示すように、試験例４は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが４５°、上側開先角度αが４７°（θ＋２°）であり、裏当て金を使用した。試験例４では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６５リットル／分であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。なお、後退角は１０°である。表４において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例４は、「良好」の評価となった。
試験例４は、「良好」の評価となった。
【0061】
【表4】
【0062】
図８（ｂ）、図１０（ｂ）及び表５に示すように、試験例５は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが４５°、上側開先角度αが４７°（θ＋２°）であり、裏当て金を使用した。試験例５では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６５リットル／分（開先内）であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。なお、後退角は１０°である。表５において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例５は、「良好」の評価となった。
試験例５は、「良好」の評価となった。
【0063】
【表5】
【0064】
図８（ｃ）、図１０（ｃ）及び表６に示すように、試験例６は、板厚が３６ｍｍ、下側開先角度θが３５°、上側開先角度αが３７°（θ＋２°）であり、裏波を採用した。試験例５では、溶材はＹＭ－５５Ｃの直径１．４ｍｍであり、シールドガスはＣＯ２で６５リットル／分（開先内）であり、コンタクトチップは外径６ｍｍ（長さ６０ｍｍ）の特注品及び標準チップ（市販品）を使用した。なお、後退角は、ＰａｓｓＮｏ．１～４で０°であり、ＰａｓｓＮｏ．５～１０で０°である。表６において、狙い位置における「α」は下板を示し、「β」は上板を示している。
試験例６は、「良好」の評価となった。
試験例６は、「良好」の評価となった。
【0065】
【表6】
【0066】
試験例１～６の溶接結果より、試験例１～６は溶接状態が良好であった。このことから、炭酸ガスアーク溶接を使用して傾斜させて溶接する傾斜狭開先溶接工法において、横向き溶接の狭開先を下板側の下側開先角度を水平より上向きに３５度～４５度とすることが好ましく、上側開先角度を下側開先角度より２度大きく設定することが好ましく、狭開先のルートギャップを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定することが好ましいことがわかった。
【0067】
また、試験例１～６の結果から、トーチ（コンタクトチップ）の水平方向に沿う移動速度を１７ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定することが好ましく、トーチ角度を０度～４５度、後退角度を０度～１０度に設定することが好ましいことがわかった。
【0068】
さらに、溶接状態が良好である試験例１～６の溶接条件より、溶接ワイヤのワイヤ径が１．４ｍｍが好ましく、電流値を２４０Ａ～３６０Ａ、電圧を２１Ｖ～４０Ｖに設定することが好ましく、溶接移動速度を１８ｃｍ／分～６５ｃｍ／分に設定することが好ましいといえる。
【0069】
表７は、試験例４、５における機械試験を行った結果である。具体的には、継手引張、硬さ、溶接金属引張試験を行った。この結果、いずれの試験項目においても判定基準を上回り、「合格」判定となった。
【0070】
【表7】
【0071】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。
【0072】
例えば、上記実施形態では、トーチ２０が水平方向に移動可能に設けられているが、水平方向に移動させることに限定されることはない。
【0073】
また、本実施形態では、コンタクトチップ２２における溶接の初層Ｐ１の狙い位置を下側開先としているが、この下側開先の位置に限定されることはない。
【0074】
さらに、本実施形態では、コンタクトチップ２２が外径６ｍｍに設定され、耐熱絶縁テープを巻き付けたり、セラミック管に挿入されることで絶縁される構成としているが、他の絶縁構成を採用することも可能である。
【0075】
また、本実施形態では、トーチ２０を備えた溶接ヘッドを有する溶接装置１を使用し、溶接ヘッドを溶接方向に沿って移動させながら溶接する構成としているが、このような溶接装置１であることに限定されることはないし、溶接装置を省略することも可能である。
【符号の説明】
【0076】
１ 溶接装置
５ 鋼板
５Ａ 下板
５Ｂ 上板
５ａ 開先面下端部
６ 裏当て金（溶落ち防止部材）
１０ 溶接ワイヤ
２０ トーチ
２１ ワイヤ孔
２２ コンタクトチップ
５０ 狭開先
Ｘ 開先延在方向
Ｙ 前後方向
Ｚ 上下方向
５ 鋼板
５Ａ 下板
５Ｂ 上板
５ａ 開先面下端部
６ 裏当て金（溶落ち防止部材）
１０ 溶接ワイヤ
２０ トーチ
２１ ワイヤ孔
２２ コンタクトチップ
５０ 狭開先
Ｘ 開先延在方向
Ｙ 前後方向
Ｚ 上下方向
【要約】
【課題】下向き溶接で、溶接量を抑え、かつ高温割れの発生を防止しつつ、効率よく溶接欠陥を抑制した健全な溶接を行う。
【解決手段】横向き溶接の狭開先５０を下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定し、上側開先角度αを下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定し、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定し、下板５Ａ及び上板５Ｂに取り付けられ、上板５Ｂの開先面下端部５ａを位置決めするとともに開先角度およびルートギャップＲＧを設定し、溶融金属の溶落ちを防止する裏当て金６が設けられ、狭開先５０内に溶接ワイヤを送り出すワイヤ孔を有するコンタクトチップを挿入し、コンタクトチップをノズル軸回りに回転させずに下板５Ａと上板５Ｂを、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う傾斜狭開先溶接工法を提供する。
【選択図】図３
【解決手段】横向き溶接の狭開先５０を下板５Ａ側の下側開先角度θを水平より上向きに３５度～４５度に設定し、上側開先角度αを下側開先角度θより２度～５度の範囲で大きく設定し、狭開先５０のルートギャップＲＧを９ｍｍ～１２ｍｍの範囲に設定し、下板５Ａ及び上板５Ｂに取り付けられ、上板５Ｂの開先面下端部５ａを位置決めするとともに開先角度およびルートギャップＲＧを設定し、溶融金属の溶落ちを防止する裏当て金６が設けられ、狭開先５０内に溶接ワイヤを送り出すワイヤ孔を有するコンタクトチップを挿入し、コンタクトチップをノズル軸回りに回転させずに下板５Ａと上板５Ｂを、開先内部を一層１パス施工により溶接を行う傾斜狭開先溶接工法を提供する。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
