JP3530322B2 - 上向・立向溶接方法 - Google Patents

上向・立向溶接方法

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JP3530322B2 JP27555996A JP27555996A JP3530322B2 JP 3530322 B2 JP3530322 B2 JP 3530322B2 JP 27555996 A JP27555996 A JP 27555996A JP 27555996 A JP27555996 A JP 27555996A JP 3530322 B2 JP3530322 B2 JP 3530322B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は所定の熱源により母
材を溶融して溶融池を形成し、少なくとも重力の影響に
より前記溶融池に変形を生じる恐れのある上向・立向溶
接方法に係り、特に橋梁、圧力容器等の大型鋼構造物製
作時の上向若しくは立向溶接方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】橋梁、圧力容器等の大
型鋼構造物の製作時には容易に反転できないため、上向
・立向姿勢の溶接が不可避である。上向溶接において
は、溶融金属自身の重力の影響により、溶接ビードが垂
れ下がりやすく、初層溶接では図６に示すように開先の
上側にアンダーカット（図６Ｂ）、下側には開先側壁と
の会合角の不良（図６Ａ）等が生じ、次層の溶接時に融
合不良等の溶接欠陥が発生しやすい。２層目以降では初
層同様ビード下側に開先側壁との会合角の不良が生じ、
次層の溶接時に融合不良等の溶接欠陥が発生しやすい。
このため高度な熟練を有した溶接工による半自動溶接あ
るいは手溶接により施工されている。また、これらの溶
接を自動溶接装置化するに際しても、上述したように熟
練工が行うのと同様な機能を持たせるためには、例え
ば、複雑なウィービング機構あるいは入熱の制御等が必
要となるが、これでもカバーできないため、低入熱、低
能率施工となり、高能率化を阻害している。立向溶接に
おいても、重力の影響により、開先幅が広く表面張力に
よる保持効果の小さい母材表面側から溶融金属が垂れ落
ちやすく、上向溶接同様、低入熱、低能率施工となって
いる。本発明は前記したような不具合が生じることな
く、しかも高能率溶接を可能とした上向・立向溶接方法
を提供することを目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は上向・立向溶接
における前記課題を解決するため、アーク、レーザ、電
子ビーム等の所定の熱源により母材を溶融して溶融池を
形成し、少なくとも重力の影響により前記溶融池に変形
を生じる恐れのある上向・立向溶接方法において、アー
ク熱源を挟んで溶融池上に溶接線方向に一対の添加ワイ
ヤを差し込み、該一対の添加ワイヤ間に溶接方向に沿っ
て一方向電流を流すと共に、前記溶融池に前記電流の方
向と略直角方向の、溶接線と直交する母材水平方向に磁
石により磁界を付与することにより、前記溶融池に開先
底方向に向けてローレンツ力発生させながら溶接するこ
とを第１の発明とし、又第２の発明は、所定の熱源によ
り母材を溶融して溶融池を形成し、少なくとも重力の影
響により前記溶融池に変形を生じる恐れのある上向・立
向溶接方法において、アーク熱源を挟んで溶融池上に溶
接線方向に一対の添加ワイヤを差し込み、該一対の添加
ワイヤ間に溶接方向に沿って一方向電流を流すと共に、
前記溶融池に前記電流の方向と略直角方向の、溶接線と
直交する母材水平方向に磁石により磁界を付与すること
により、前記溶融池に開先底方向に向けてローレンツ力
発生させながら溶接する際に、母材の溶接トーチから見
てその反対側の、母材裏面側に、溶接線と直交する母材
水平方向に磁界が付加可能なように永久磁石あるいは直
流の電磁石を設置して前記方向に磁界を付加することに
より、ローレンツ力を開先底方向に作用させることを特
徴とする。又その両端にＮ極とＳ極の磁極を有する門型
形状の磁石を溶接線上に位置する開先を挟んでその開先
底面側の母材両岸間に前記両端の磁極が位置するように
配置し、溶接線と直交する母材水平方向に磁界を付与し
てもよい。
【０００４】
【作用】本発明の作用を図３に示す持ち上げ作用の模式
図を用いて説明する。添加ワイヤ５ａ、５ｂ間に電流を
流すと溶融池１２中に一方向電流Ａが形成される。ここ
に母材表面に対し平行で、溶接線に対し直交する方向に
磁界９を付加することにより、ローレンツ力を開先底方
向に作用させることになり、垂れ落ちのないビード形状
の溶接ビードを得ることができる。一方向電流を形成す
る手段が添加ワイヤに限定されるものではない。例えば
図８のように溶接アークの溶接方向前方に導体が存在し
ないような状態（例えば初層溶接）では、溶接電流はお
おむね溶接方向と逆向きに流れるので、ここに磁界９を
付加すれば上述のビード形状改善効果を得ることが可能
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態を説明する。但し、この実施形態に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【０００６】（実施例１）図１は本発明の実施例に係
る、熱源１０にアーク、電極１３に消耗電極（溶接ワイ
ヤ）を用いた上向・立向マグ溶接方法の実施様態として
の溶接装置を示し、図１において、１は溶接電源で、通
常の溶接用電源を使用し、溶接トーチ４より突出する電
極１３と母材７間にアーク（熱源）１０を発生させ、こ
のアーク熱により、母材７を溶融させる。アーク熱源１
０を挟んで溶融池１２上に溶接線方向に添加（溶化）ワ
イヤ５ａ、５ｂを差し込み、前記ワイヤ５ａ及び５ｂを
通電電源２のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続し、
溶接方向に沿って一方向電流が流れるように構成する。
原理的には添加ワイヤは導電性のものであれば良く、材
質については継ぎ手に要求される性能を満足するものを
選択すれば良い。一方、母材７の溶接トーチ４から見
て、母材７裏面（開先底面）側に溶接線とと直交する母
材７水平方向に磁界９が付加可能なように永久磁石ある
いは直流の電磁石６を設置する。（設置状況は図８参
照）かかる構成によれば、図３に示すように前記添加ワ
イヤ５ａと添加ワイヤ５ｂとの間に電流を流すと溶融池
１２中に、溶接方向に沿って一方向電流Ａが形成され
る。ここに母材表面に対し平行で、前記一方向電流Ａと
直交する方向に磁界９を付加することにより、ローレン
ツ力１１を開先底２１Ａ方向に向け作用させることにな
るので、上向溶接においては、初層溶接では図７のよう
に開先の上側のアンダーカットや開先の下側の開先壁と
の会合角の不良等のない溶接ビードが得られる。また、
２層目以降では、初層同様、開先下側の開先側壁との会
合角の不良のない溶接ビードが得られる。立向溶接にお
いては、母材表面側への溶融金属の垂れ落ちが抑えられ
高能率施工が可能となる。また、裏波形状を良くする効
果もある。また、従来のティグホットワイヤ溶接法と同
様に、添加ワイヤ５ａ、５ｂに通電することにより、ワ
イヤ５ａ、５ｂがジュール加熱されることになり、ワイ
ヤ５ａ、５ｂの溶着速度が増大する。この実施例におい
て、適正な溶接条件範囲は、溶接電流１００〜３００
Ａ、アーク電圧１２〜２７Ｖ、溶接速度５〜２０ｃｍ／
ｍｉｎ、磁束密度８０〜３００Ｇａｕｓｓ、添加ワイヤ
間の電流は７０〜２００Ａである。上記条件範囲につい
ては、溶接電流は溶滴移行、ビード形成が安定に行える
範囲、アーク電圧は前記溶接電流範囲においてアークを
安定に維持できる範囲、溶接速度は溶接電流に対し、単
位溶接長あたりの溶着量が適正となる範囲、磁束密度は
ビード形状改善に必要な電磁力が発生できアークを安定
に維持できる範囲、添加ワイヤ間電流はビード形状改善
に必要な電磁力が発生でき添加ワイヤが安定して溶融す
る範囲である。なお、上記適正な溶接条件範囲は、使用
する消耗電極、添加ワイヤの径・材質、母材の形状・材
質等により変化し得る。
【０００７】（実施例２） 図２のように実施例１と同じＭＡＧ溶接法で、溶接電流
の一部を添加ワイヤに分流した場合にも、実施例１と同
様な効果が得られた。
【０００８】（実施例３）実施例１と同じＭＡＧ溶接法
で図４に示すように、２本の添加ワイヤ５ａ、５ｂを用
いずに添加ワイヤ５を１本とし且つ溶接トーチ４の消耗
電極１３を利用して、消耗電極１３と添加ワイヤ５間に
溶接線方向に一方向電流を形成することにより、実施例
１と同様な効果が得られた。
【０００９】（実施例４）図５はＹＡＧレーザ若しくは
ＣＯ2レーザ発振器１６Ａとレーザ光１７を集光レンズ
１５により集光させる本体１６Ｂからなるレーザ加工機
１６を用い、ＹＡＧレーザ若しくはＣＯ2レーザを熱源
として溶接を行う場合において、２本の添加ワイヤ５
ａ、５ｂを間に溶接線方向に一方向電流を形成するよう
に配設した場合、溶融池１２に流れる電流は添加ワイヤ
５ａ、５ｂ間の電流のみとなるが実施例１と同様な効果
が得られた。ＹＡＧレーザは出力４．５ＫＷ、電子ビー
ムは加速電圧６０ＫＶ、ビーム電流１０ｍＡを用いた。
なお、この実施例においては、充填金属は添加ワイヤの
みとなる。
【００１０】（実施例５）ＭＡＧ溶接で、図８のように
溶接アークの溶接方向前方に導体が存在しない初層溶接
においては、添加ワイヤ挿入等の特別な手段を用いなく
ても、アーク電流が、概ね溶接方向後方への一方向電流
となる為に、実施例１と同様な効果が得られた。尚、本
図には磁石６の形状及び配置構成が開示されており、永
久磁石あるいは電磁石６はその両端にＮ極とＳ極の磁極
６Ｎ、６Ｓを門型形状をなし、開先２１を挟んでその開
先底面２１Ａ側の母材７、７両岸間に磁極６Ｎ、６Ｓが
位置するように配置し、溶接線と直交する母材７水平方
向に磁界を付与可能に配置する。
【００１１】（実施例６）図９はＴＩＧ溶接を示し、Ｔ
ＩＧ溶接の場合も図４と同様に非消耗電極１３’と添加
ワイヤ５間に溶接線方向に一方向電流を形成すること
で、実施例１と同様な結果が得られた。なお、この実施
例においては、充填金属は添加ワイヤのみとなる。
【００１２】（実施例７）ＭＡＧ溶接において、図１０
に示すように、Ｃｕ集電子を溶接部の前後に配置し、集
電子間に一方向電流を形成させた場合にも実施例１と同
様な効果が得られた。集電子は溶接トーチと一体で移動
するようにした。
【００１３】
【発明の効果】以上記載の如く、本発明によれば、上向
・立向溶接に際して、溶融池に溶接線方向の一方向電流
を形成するとともに、前記電流と磁界の作用により、溶
融池に開先底方向のローレンツ力を発生させることによ
り、溶融金属の垂れ落ち防止、ビード形状を改善するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る溶接装置における接
続回路を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る溶接装置における接
続回路を示す説明図である。
【図３】本発明の上向溶接方法における溶融金属持ち上
げ作用を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る溶接装置における接
続回路を示す説明図である。
【図５】本発明の第４実施例に係る溶接装置における接
続回路を示す説明図である。
【図６】従来の溶接法による溶接部を示す断面図であ
る。
【図７】本発明のビード形状断面図である。
【図８】本発明の第５実施例に係る溶接装置を示す斜視
図である。
【図９】本発明の第６実施例に係る溶接装置における接
続回路を示す説明図である。
【図１０】本発明の第７実施例に係る溶接装値における
接続回路を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 溶接電源 ２ ワイヤ通電用電源 ４ 溶接トーチ ５ａ、５ｂ、５、 添加ワイヤ ６ 磁石 ７ 母材 ９ 磁界 １０ 熱源 １１ ローレンツ力 １３、１３’ 電極 ２１ 開先 ２１Ａ 開先底側 Ａ 一方向電流
フロントページの続き (72)発明者 小林 泰幸 広島市西区観音新町四丁目６番22号 三 菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−199569（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−132231（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−39453（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭45−34446（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭39−3334（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/08 B23K 9/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の熱源により母材を溶融して溶融池
    を形成し、少なくとも重力の影響により前記溶融池に変
    形を生じる恐れのある上向・立向溶接方法において、 アーク熱源を挟んで溶融池上に溶接線方向に一対の添加
    ワイヤを差し込み、該一対の添加ワイヤ間に溶接方向に
    沿って一方向電流を流すと共に、前記溶融池に前記電流
    の方向と略直角方向の、溶接線と直交する母材水平方向
    に磁石により磁界を付与することにより、前記溶融池に
    開先底方向に向けてローレンツ力発生させながら溶接す
    ることを特徴とする上向・立向溶接方法。
  2. 【請求項２】 所定の熱源により母材を溶融して溶融池
    を形成し、少なくとも重力の影響により前記溶融池に変
    形を生じる恐れのある上向・立向溶接方法において、 アーク熱源を挟んで溶融池上に溶接線方向に一対の添加
    ワイヤを差し込み、該一対の添加ワイヤ間に溶接方向に
    沿って一方向電流を流すと共に、前記溶融池に前記電流
    の方向と略直角方向の、溶接線と直交する母材水平方向
    に磁石により磁界を付与することにより、前記溶融池に
    開先底方向に向けてローレンツ力発生させながら溶接す
    る際に、母材の溶接トーチから見てその反対側の、母材
    裏面側に、溶接線と直交する母材水平方向に磁界が付加
    可能なように永久磁石あるいは直流の電磁石を設置して
    前記方向に磁界を付加することにより、ローレンツ力を
    開先底方向に作用させることを特徴とする上向・立向溶
    接方法。
  3. 【請求項３】 その両端にＮ極とＳ極の磁極を有する門
    型形状の磁石を溶接線上に位置する開先を挟んでその開
    先底面側の母材両岸間に前記両端の磁極が位置するよう
    に配置し、溶接線と直交する母材水平方向に磁界を付与
    することを特徴とする請求項１若しくは２記載の上向・
    立向溶接方法。
  4. 【請求項４】 請求項１若しくは２記載のアークを熱源
    とする溶接方法であって、溶接電流の一部を給電部や集
    電部に分流することを特徴とする上向・立向溶接方法。
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