JP4128022B2 - インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材 - Google Patents
インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属配管材、金属板材等の開先突き合わせ溶接に係り、特にインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属配管材や金属板材等をＴＩＧ溶接等により突き合わせ溶接する場合における継手断面形式としては、均一で健全な裏波ビード形状を得やすいことから一般にＶ型開先継手形式が用いられている。これは、図１２に示すように母材１０１の継手部１０２における断面形状をＶ型開先形状に加工し、その開先部分（Ｖ溝内）に溶接材（フィラーワイヤー：溶加棒）１０３を溶着、盛り付けして接合強度を得るものである。
【０００３】
継手部１０２は予め所定の間隙ｔを有するように仮固定され、溶接時には溶融した溶接材１０３が間隙ｔから継手部１０２の裏面側にはみ出て凸形状の裏波ビード１０４が形成される。この裏波ビード１０４が溶接長手方向に均一かつ滑らかに形成されることにより接合強度の高い信頼性のある溶接がなされる。よって、裏波ビード１０４の形成には最も注力を要するといっても過言ではない。
【０００４】
従来、裏波ビードの形成をより確実なものにして溶接の信頼性を高めるのに効果のある溶接方法として、図１３に示すように継手部１０２の間にインサート部材１０５を介在させて溶接を行う突き合わせ溶接が行われている。インサート部材１０５は溶接時に溶接材と共に良好に継手部１０２に溶け込み、均一で滑らかな裏波ビードが形成される。なお、金属配管材等を上記のように溶接する場合にはインサート部材１０５がリング状に形成されてインサートリングと呼ばれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接を行うには、継手部１０２の断面形状を既存のＶ型開先形状からＵ型開先形状となるように追加工し、インサート部材１０５に接触する薄肉かつ肉厚一定のリップ部１０６を形成しなければならず、その加工精度が高く要求される事から加工コストが嵩む上に、溶接前に継手部１０２の間にインサート部材１０５を予め介装して突き合わせ固定する作業（仮付け作業）に多大な手間が掛かるという難点があった。
【０００６】
このため、インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、高品質な溶接方法であるにもかかわらず、主に原子力プラントの重要部等のみにしか採用されていないのが現状である。また、ＴＩＧ溶接より２〜３倍程度高速で高能率化が可能なＭＡＧ溶接の施行を考える場合においても、継手部の加工コストが高いことと仮付け作業が困難な事がネックとなっており、インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接が原子力プラント分野を除く火力プラントおよび一般産業分野に普及しにくい大きな要因となっている。
【０００７】
なお、継手部の断面形状をＵ型開先形状ではなくＶ型開先形状としてインサート部材を用いて溶接した場合、初層溶接時に溶接熱がインサート部材と継手部とに均一に伝播されずに双方の溶け込みが不足する等して所望の溶接強度が得られないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、高品質な連続溶接を可能にしつつ、継手部の断面形状としてＶ型開先形状を適用可能にし、継手部の加工コストを低減させるとともに仮付け作業を容易にし、これによりインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接を幅広い産業分野に普及させ得るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項１に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項２に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項３に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とする。
【００１２】
これらの溶接方法によれば、溶接熱源から入力された熱エネルギーが効率良くＶ型開先継手部とインサート部材とに伝達されて双方が良好に融合でき、これにより初層溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビードが得られる。したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部の断面形状としてＶ型開先形状が適用可能になり、継手部の加工コスト低減と仮付け作業の容易化に繋がる。
【００１３】
また、上記の各態様でインサート部材を形成すれば、凸状、凹状の曲面によりインサート部材の表面積が増加し、これにより溶接熱源から入力された熱エネルギーがより効率良くインサート部材に伝達されるため、その分インサート部材の開先継手部間隔方向の厚みＢを小さく設定することが可能になり、Ｖ型開先継手部の開先断面積、即ち溶融プールの断面積を小さくし、より高効率な溶接が可能になる。
【００１４】
さらに、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項４に記載したように、前記母材の材質を、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１種類以上の材料を用いることを特徴とする。これにより、高い溶接強度が得られる。
【００１５】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項５に記載したように、前記インサート部材を前記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップにおいて、インサート部材の一側を母材の一方のＶ型開先継手部に仮付けした後、インサート部材の他側を母材の他方のＶ型開先継手部に仮付けすることを特徴とする。こうすれば、仮付け作業を容易にすることができる。
【００１６】
そして、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項６に記載したように前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を別途適量供給しながらＴＩＧ溶接を行う、または請求項７に記載したように前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を消耗電極として使用し、このフィラーワイヤーを別途適量供給しながらＭＡＧ溶接を行うことを特徴とする。これらにより、高い溶接強度の確保と連続した裏波ビードの形成が可能になるとともに、溶着効率の向上を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係るインサート部材は、請求項８に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るインサート部材は、請求項９に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とする。
さらに、本発明に係るインサート部材は、請求項１０に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とする。
これらのインサート部材によれば、溶接熱源から入力された熱エネルギーが効率良くＶ型開先継手部とインサート部材とに伝達されて双方が良好に融合でき、これにより初層溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビードが得られる。したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部の断面形状としてＶ型開先形状が適用可能になり、継手部の加工コスト低減と仮付け作業の容易化に繋がる。
また、上記の各態様でインサート部材を形成すれば、凸状、凹状の曲面によりインサート部材の表面積が増加し、これにより溶接熱源から入力された熱エネルギーがより効率良くインサート部材に伝達されるため、その分インサート部材の開先継手部間隔方向の厚みＢを小さく設定することが可能になり、Ｖ型開先継手部の開先断面積、即ち溶融プールの断面積を小さくし、より高効率な溶接が可能になる。
さらにまた、本発明に係るインサート部材は、請求項１１に記載したように、前記接触面の厚みＡを前記母材の開先継手部間の食い違い公差寸法よりも少なくとも０．５ｍｍ大きくしたことを特徴とする。これにより、開先継手部の食い違いが最大量であったとしても、少なくとも０．５ｍｍ以上の接合面が得られて溶接が可能になる。
また、本発明に係るインサート部材は、請求項１２に記載したように、前記接触面の厚みＡが１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする。このようにインサート部材の厚みＡを設定することにより、インサート部材とＶ型開先継手部との間における溶け残りや、Ｖ型開先継手部のＶ溝内における溶融プールの溶け落ち等が起きにくくなり、より健全な裏波ビードを形成して高品質な連続溶接が可能になる。請求項１３に記載したように接触面の厚みＡを２．０ｍｍに設定すればより好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る溶接方法を金属配管材に適用した例を示す側面図である。溶接の母材となる金属配管材１，１の継手部（接合部）２はＶ型開先形状に加工され、その間にリング状に形成されたインサート部材（インサートリング）３が介装される。
【００２０】
図２（ａ）は、図１に示す金属配管材１，１の継手部２とインサート部材３とを密着させた部分を示す拡大断面図であり、図２（ｂ）はインサート部材３単体の断面図である。継手部２は例えばＪＩＳ規格に基づくＶ型開先形状に加工され、その開先面４，４の傾斜角度は例えば３０°に設定され、先端となるルート面５，５にインサート部材３の接触面６，６が突き当てられて溶接される。
【００２１】
インサート部材は、接触面６，６の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａとなるように寸法設定される。一例として、Ａ＝２ｍｍとした場合、Ｂは２ｍｍを超え、かつ６ｍｍ未満に設定される。
【００２２】
また、上記Ａ寸法は、母材である金属配管材１，１の継手部２の食い違い公差寸法よりも少なくとも０．５ｍｍ大きく設定される。上記寸法とすることにより、継手部２の食い違いが最大量であったとしても、少なくとも０．５ｍｍ以上の接合面が得られて溶接が可能になり、信頼性が高まる。
【００２３】
上記Ａ寸法は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定するのが良く、その中間値の２．０ｍｍに設定するのが最も好ましい。
【００２４】
さらに、インサート部材３の、継手部２の開先表面側（金属配管材１，１の外面側）を向く外面８の面形状が凹状、開先裏面側（金属配管材１，１の内面側）を向く内面９の面形状が凸状に形成されている。これらの凹凸形状は例えば滑らかな湾曲面状に形成される。
【００２５】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すインサート部材３ａのように外面８の面形状を凸状、内面９の面形状を凹状に形成したり、図４（ａ），（ｂ）に示すインサート部材３ｂのように外面８の面形状と内面９の面形状を共に凹状に形成してもよい。いずれのインサート部材３，３ａ，３ｂの場合も、Ａ寸法とＢ寸法の関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａとなるように設定し、Ａ寸法を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内、好ましくは２．０ｍｍに設定する。
【００２６】
本発明に係る開先突き合わせ溶接方法は、上記仕様のインサート部材３（３ａ，３ｂ）を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材３を金属配管材１，１の継手部２に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に継手部２とインサート部材３とを連続溶接する連続溶接ステップとを有してなる。
【００２７】
前記仮付けステップの手順を図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。まず、（ａ）に示すようにインサート部材３の片側の接触面６を継手部２の一方のルート面５に当接させ、次に（ｂ）に示すようにインサート部材３と一方のルート面５との間を一定ピッチの点溶接１１等により仮付けし、最後に（ｃ）に示すようにインサート部材３の他側の接触面６を継手部２の他方のルート面５に当接させて同じく点溶接１１等により仮付けする。仮付けされた部分の断面は図６に示すようなものとなる。
【００２８】
このような手順でインサート部材３と継手部２との間を仮付けすることにより、継手部２の間を治具等で固定する必要がなくなり、仮付け作業を容易にすることができる。
【００２９】
次に、前記連続溶接ステップについて説明する。これは本溶接とも呼ばれるステップであり、下記のＴＩＧ溶接またはＭＡＧ溶接によって良好に成し遂げることができる。この連続溶接ステップは自動あるいは手動溶接により行われる。
【００３０】
ＴＩＧ溶接では、図７に示すように溶接トーチ１３先端のタングステン等で形成された非消耗電極１４からのアーク放電により、継手部２とインサート部材３とが加熱、溶融される。同時に、母材（金属配管材１，１）と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）１５が別途適量供給され、このフィラーワイヤー１５が継手部２の開先面４，４とインサート部材３とがなすＶ溝内において溶融し、溶融プール１６を形成する。溶融プール１６は開先面４，４とインサート部材３とに融合し、同時にルート面５，５とインサート部材３との間も融合する。そして、図８に示すように溶接ビード１７が形成されて継手部２が溶接される。なお、溶接トーチ１３からは溶接部に向ってシールドガス（不活性ガス）１８が噴き付けられる。
【００３１】
一方、ＭＡＧ溶接では、図９に示すように溶接トーチ２１に設けられた電極２２が母材（金属配管材１，１）と同等な溶接材料で製作されており、この電極２２がアーク放電を行いつつ、フィラーワイヤー（溶加棒）として適量供給される消耗電極として機能する。電極２２は継手部２の開先面４，４とインサート部材３とがなすＶ溝内において溶融プール２３を形成し、ＴＩＧ溶接の場合と同様に溶接ビード１７（図８参照）が形成される。ＭＡＧ溶接の場合も溶接トーチ２１から溶接部に向ってシールドガス（活性ガス）２４が噴き付けられる。
【００３２】
ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、いずれの溶接方法においても、溶接ビード１７（図８）は継手部２の表裏両側に若干はみ出す凸形断面をなし、特に継手部２の裏側にはみ出した部分１７ａが裏波ビードと呼ばれ、この裏波ビード１７ａが溶接長手方向に均一かつ滑らかに形成されることにより溶接の接合強度が高められる。インサート部材３の介装は裏波ビード１７ａの形成をより確実なものにする。このように、インサート部材３を用いてＴＩＧ溶接またはＭＡＧ溶接によって連続溶接（本溶接）を行うことにより、高い溶接強度の確保と連続した裏波ビード１７ａの形成を可能にするとともに、溶着効率の向上を図ることができる。
【００３３】
溶接ビード１７（溶融プール１６，２３）の形成は、母材（金属配管材１，１）の厚みに応じて複数回に分けて実行され、例えば図８の溶接ビード１７は１層目１７ｂと２層目１７ｃからなる２層構造となっている。裏波ビード１７ａは１層目１７ｂの形成時に同時形成される。
【００３４】
母材（金属配管材１，１）の材質は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１種類以上の材料を用いれば、高い溶接強度を得ることができる。
【００３５】
本発明では、インサート部材３の接触面６の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係をＡ＜Ｂ＜３Ａとなるように定めたことにより、溶接トーチ１３，２１等の溶接熱源から入力された熱エネルギーを効率良く継手部２とインサート部材３とに伝達させて双方を良好に融合させ、これにより初層（１層目１７ｂ）の溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビード１７ａを得ることができる。
【００３６】
したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部２の断面形状として既存のＶ型開先形状が適用可能になるため、従来の加工困難なＵ型開先形状等にする必要がなく、継手部２の加工コスト低減と仮付け作業の容易化を達成することができる。
【００３７】
ところで、図１０に示すように、Ｖ型開先形状を適用した状態で、インサート部材３のＡ，Ｂ寸法の関係をＡ＞Ｂとした場合には、図２〜図４に示す本発明のＡ＜Ｂの状態と比較して開先継手のＶ溝断面積が著しく減少することにより、初層溶接時に溶融プール２６が開先面４，４と接触する面積が増加する。この事が溶接熱源からの熱エネルギーの伝導範囲２７を拡張させ、熱エネルギーを母材１，１側に過大に分散させてしまう。その結果、熱エネルギー効率が非常に悪くなり、ルート面５とインサート部材３との間に融合不良等に起因する溶接欠陥が生じやすくなることが実験により確認されている。
【００３８】
逆に、図１１に示すように、インサート部材３のＢ寸法がＡ寸法に対し過大（実験では３倍を大きく超えた場合）になると、溶接時における溶融プール２６の深度が不足して熱エネルギーの伝導範囲２７が著しく縮小され、熱エネルギーがインサート部材３にのみ集中し、表面張力によりバランスしている溶融プール２６を維持できずに溶け落ち現象が発生する。しかも、開先継手のＶ溝断面積が大きくなることにより、フィラーワイヤー（溶加棒）の必要量が増加するとともに溶接作業時間が長くなるといった弊害があり、溶接作業効率とコスト面で極めて不利である。
【００３９】
したがって、継手部２の断面形状としてＶ型開先形状を適用可能にしつつ、熱エネルギーを効率良くルート面５，５とインサート部材３に伝達してインサート部材３を過不足なく良好に融合させるためには、本発明のようにインサート部材３のＡ寸法とＢ寸法の関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであることが望ましい。
【００４０】
インサート部材３のＢ寸法が小さくなる程、Ｖ字開先継手のＶ溝断面積、即ち溶融プールの断面積が小さくなって溶接作業効率とコスト面においては有利になる。しかしその反面、前述の如く熱エネルギー効率が悪くなることにより、ルート面５，５とインサート部材３との間に融合不良等に起因する溶接欠陥が生じやすくもなる。
【００４１】
そこで、本発明のようにインサート部材３の外面８および内面９の面形状を凹状、または凸状とすれば、インサート部材３の表面積が増加し、これにより熱エネルギーが効率良くインサート部材３に伝達されるため、その分インサート部材３のＢ寸法を小さく設定することが可能になり、より高効率な溶接が可能になる。
【００４２】
一方、実験によれば、インサート部材３のＡ寸法を２．０ｍｍに設定すると、初層溶接時に均等で滑らかな凸形状の裏波ビードが容易に得られることが判明している。
【００４３】
しかし、Ａ寸法を０．５ｍｍと薄く設定した場合には、初層溶接時に溶融プールの溶け落ち現象が頻繁に発生し、この条件下で適正な裏波ビード形状を得るためには必然的に溶接電流を低く設定せざるを得ず、これにより接効率が低下して溶接施工条件の許容範囲が狭くなるため非実用的である。
【００４４】
逆に、Ａ寸法を３．５ｍｍと厚く設定した場合には、インサート部材３の厚みが増加したことで加熱の必要なエリアが増大し、インサート部材３とルート面５，５とが充分に融合出来なくなって溶接欠陥が発生しやすい。
【００４５】
これらの実験結果から、インサート部材のＡ寸法を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに設定すれば、安定した良好な裏波ビードを得ることができる。その中でも中央値の２．０ｍｍが最適な寸法であると判断できる。
【００４６】
また、図１３に示す従来のＵ型開先形状の継手部１０２にインサート部材１０５を介装して溶接した場合に形成された溶接ビードと、図２に示す本発明に係る溶接方法およびインサート部材３により形成された溶接ビードとを冶金学的に比較した場合、従来の溶接ビードは母材と溶接金属（フィラーワイヤーおよびインサート部材）とが約５０％の割合で混合した溶着金属となるのに対し、本発明における溶接ビードは約９０％が溶接金属となり、母材との希釈率が小さくて溶接部の機械的性質や耐食性等も従来に比べて優れていることが判明した。したがって、この点でも本発明による溶接方法およびインサート部材は従来のものよりも優れていると言える。
【００４７】
なお、上記実施形態では溶接母材が金属配管材である場合の例についてのみ説明したが、本発明に係る溶接方法およびインサート部材は金属配管材に限らず、金属板や、他の多くの形状の構造材等の突き合わせ溶接にも幅広く適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材よれば、高品質で信頼性の高い連続溶接を可能にしつつ、継手部の断面形状として既存のＶ型開先形状を追加工なしで適用可能にし、継手部の加工コストを低減させるとともに仮付け作業を容易にし、これによりインサート部材を用いた高品質な開先突き合わせ溶接を幅広い産業分野にローコストで普及させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接方法を金属配管材に適用した例を示す側面図。
【図２】本発明の第１実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分を示す拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図５】仮付けステップの手順を示すもので、（ａ）はインサート部材を一方の継手部に当接させた状態を示す図、（ｂ）はインサート部材と一方の継手部とを仮付けした状態を示す図、（ｃ）はインサートを他方ｃの継手部に当接させて仮付けした状態を示す図。
【図６】図５（ｃ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。
【図７】ＴＩＧ溶接の概略説明図。
【図８】溶接ビードの断面図。
【図９】ＭＡＧ溶接の概略説明図。
【図１０】Ｖ型開先形状を適用した状態でインサート部材のＡ，Ｂ寸法の関係をＡ＞Ｂとした場合を示す断面図。
【図１１】インサート部材のＢ寸法がＡ寸法に対し過大な場合を示す断面図。
【図１２】従来の技術を示すインサート部材を用いないＶ型開先溶接部の断面図。
【図１３】従来の技術を示すインサート部材を用いたＵ型開先溶接部の断面図。
【符号の説明】
１ 母材となる金属配管材
２ 継手部
３ インサート部材
４ 開先面
５ ルート面
６ 接触面
８ Ｖ型開先継手部の開先表面側を向く面
９ Ｖ型開先継手部の開先裏面側を向く面
１５ ＴＩＧ溶接時におけるフィラーワイヤー（溶加棒）
２２ ＭＡＧ溶接時におけるフィラーワイヤー（溶加棒）となる電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属配管材、金属板材等の開先突き合わせ溶接に係り、特にインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属配管材や金属板材等をＴＩＧ溶接等により突き合わせ溶接する場合における継手断面形式としては、均一で健全な裏波ビード形状を得やすいことから一般にＶ型開先継手形式が用いられている。これは、図１２に示すように母材１０１の継手部１０２における断面形状をＶ型開先形状に加工し、その開先部分（Ｖ溝内）に溶接材（フィラーワイヤー：溶加棒）１０３を溶着、盛り付けして接合強度を得るものである。
【０００３】
継手部１０２は予め所定の間隙ｔを有するように仮固定され、溶接時には溶融した溶接材１０３が間隙ｔから継手部１０２の裏面側にはみ出て凸形状の裏波ビード１０４が形成される。この裏波ビード１０４が溶接長手方向に均一かつ滑らかに形成されることにより接合強度の高い信頼性のある溶接がなされる。よって、裏波ビード１０４の形成には最も注力を要するといっても過言ではない。
【０００４】
従来、裏波ビードの形成をより確実なものにして溶接の信頼性を高めるのに効果のある溶接方法として、図１３に示すように継手部１０２の間にインサート部材１０５を介在させて溶接を行う突き合わせ溶接が行われている。インサート部材１０５は溶接時に溶接材と共に良好に継手部１０２に溶け込み、均一で滑らかな裏波ビードが形成される。なお、金属配管材等を上記のように溶接する場合にはインサート部材１０５がリング状に形成されてインサートリングと呼ばれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接を行うには、継手部１０２の断面形状を既存のＶ型開先形状からＵ型開先形状となるように追加工し、インサート部材１０５に接触する薄肉かつ肉厚一定のリップ部１０６を形成しなければならず、その加工精度が高く要求される事から加工コストが嵩む上に、溶接前に継手部１０２の間にインサート部材１０５を予め介装して突き合わせ固定する作業（仮付け作業）に多大な手間が掛かるという難点があった。
【０００６】
このため、インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、高品質な溶接方法であるにもかかわらず、主に原子力プラントの重要部等のみにしか採用されていないのが現状である。また、ＴＩＧ溶接より２〜３倍程度高速で高能率化が可能なＭＡＧ溶接の施行を考える場合においても、継手部の加工コストが高いことと仮付け作業が困難な事がネックとなっており、インサート部材を用いた開先突き合わせ溶接が原子力プラント分野を除く火力プラントおよび一般産業分野に普及しにくい大きな要因となっている。
【０００７】
なお、継手部の断面形状をＵ型開先形状ではなくＶ型開先形状としてインサート部材を用いて溶接した場合、初層溶接時に溶接熱がインサート部材と継手部とに均一に伝播されずに双方の溶け込みが不足する等して所望の溶接強度が得られないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、高品質な連続溶接を可能にしつつ、継手部の断面形状としてＶ型開先形状を適用可能にし、継手部の加工コストを低減させるとともに仮付け作業を容易にし、これによりインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接を幅広い産業分野に普及させ得るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項１に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項２に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項３に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とする。
【００１２】
これらの溶接方法によれば、溶接熱源から入力された熱エネルギーが効率良くＶ型開先継手部とインサート部材とに伝達されて双方が良好に融合でき、これにより初層溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビードが得られる。したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部の断面形状としてＶ型開先形状が適用可能になり、継手部の加工コスト低減と仮付け作業の容易化に繋がる。
【００１３】
また、上記の各態様でインサート部材を形成すれば、凸状、凹状の曲面によりインサート部材の表面積が増加し、これにより溶接熱源から入力された熱エネルギーがより効率良くインサート部材に伝達されるため、その分インサート部材の開先継手部間隔方向の厚みＢを小さく設定することが可能になり、Ｖ型開先継手部の開先断面積、即ち溶融プールの断面積を小さくし、より高効率な溶接が可能になる。
【００１４】
さらに、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項４に記載したように、前記母材の材質を、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１種類以上の材料を用いることを特徴とする。これにより、高い溶接強度が得られる。
【００１５】
また、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項５に記載したように、前記インサート部材を前記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップにおいて、インサート部材の一側を母材の一方のＶ型開先継手部に仮付けした後、インサート部材の他側を母材の他方のＶ型開先継手部に仮付けすることを特徴とする。こうすれば、仮付け作業を容易にすることができる。
【００１６】
そして、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法は、請求項６に記載したように前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を別途適量供給しながらＴＩＧ溶接を行う、または請求項７に記載したように前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を消耗電極として使用し、このフィラーワイヤーを別途適量供給しながらＭＡＧ溶接を行うことを特徴とする。これらにより、高い溶接強度の確保と連続した裏波ビードの形成が可能になるとともに、溶着効率の向上を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係るインサート部材は、請求項８に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るインサート部材は、請求項９に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とする。
さらに、本発明に係るインサート部材は、請求項１０に記載したように、母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とする。
これらのインサート部材によれば、溶接熱源から入力された熱エネルギーが効率良くＶ型開先継手部とインサート部材とに伝達されて双方が良好に融合でき、これにより初層溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビードが得られる。したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部の断面形状としてＶ型開先形状が適用可能になり、継手部の加工コスト低減と仮付け作業の容易化に繋がる。
また、上記の各態様でインサート部材を形成すれば、凸状、凹状の曲面によりインサート部材の表面積が増加し、これにより溶接熱源から入力された熱エネルギーがより効率良くインサート部材に伝達されるため、その分インサート部材の開先継手部間隔方向の厚みＢを小さく設定することが可能になり、Ｖ型開先継手部の開先断面積、即ち溶融プールの断面積を小さくし、より高効率な溶接が可能になる。
さらにまた、本発明に係るインサート部材は、請求項１１に記載したように、前記接触面の厚みＡを前記母材の開先継手部間の食い違い公差寸法よりも少なくとも０．５ｍｍ大きくしたことを特徴とする。これにより、開先継手部の食い違いが最大量であったとしても、少なくとも０．５ｍｍ以上の接合面が得られて溶接が可能になる。
また、本発明に係るインサート部材は、請求項１２に記載したように、前記接触面の厚みＡが１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする。このようにインサート部材の厚みＡを設定することにより、インサート部材とＶ型開先継手部との間における溶け残りや、Ｖ型開先継手部のＶ溝内における溶融プールの溶け落ち等が起きにくくなり、より健全な裏波ビードを形成して高品質な連続溶接が可能になる。請求項１３に記載したように接触面の厚みＡを２．０ｍｍに設定すればより好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る溶接方法を金属配管材に適用した例を示す側面図である。溶接の母材となる金属配管材１，１の継手部（接合部）２はＶ型開先形状に加工され、その間にリング状に形成されたインサート部材（インサートリング）３が介装される。
【００２０】
図２（ａ）は、図１に示す金属配管材１，１の継手部２とインサート部材３とを密着させた部分を示す拡大断面図であり、図２（ｂ）はインサート部材３単体の断面図である。継手部２は例えばＪＩＳ規格に基づくＶ型開先形状に加工され、その開先面４，４の傾斜角度は例えば３０°に設定され、先端となるルート面５，５にインサート部材３の接触面６，６が突き当てられて溶接される。
【００２１】
インサート部材は、接触面６，６の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａとなるように寸法設定される。一例として、Ａ＝２ｍｍとした場合、Ｂは２ｍｍを超え、かつ６ｍｍ未満に設定される。
【００２２】
また、上記Ａ寸法は、母材である金属配管材１，１の継手部２の食い違い公差寸法よりも少なくとも０．５ｍｍ大きく設定される。上記寸法とすることにより、継手部２の食い違いが最大量であったとしても、少なくとも０．５ｍｍ以上の接合面が得られて溶接が可能になり、信頼性が高まる。
【００２３】
上記Ａ寸法は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定するのが良く、その中間値の２．０ｍｍに設定するのが最も好ましい。
【００２４】
さらに、インサート部材３の、継手部２の開先表面側（金属配管材１，１の外面側）を向く外面８の面形状が凹状、開先裏面側（金属配管材１，１の内面側）を向く内面９の面形状が凸状に形成されている。これらの凹凸形状は例えば滑らかな湾曲面状に形成される。
【００２５】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すインサート部材３ａのように外面８の面形状を凸状、内面９の面形状を凹状に形成したり、図４（ａ），（ｂ）に示すインサート部材３ｂのように外面８の面形状と内面９の面形状を共に凹状に形成してもよい。いずれのインサート部材３，３ａ，３ｂの場合も、Ａ寸法とＢ寸法の関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａとなるように設定し、Ａ寸法を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内、好ましくは２．０ｍｍに設定する。
【００２６】
本発明に係る開先突き合わせ溶接方法は、上記仕様のインサート部材３（３ａ，３ｂ）を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材３を金属配管材１，１の継手部２に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に継手部２とインサート部材３とを連続溶接する連続溶接ステップとを有してなる。
【００２７】
前記仮付けステップの手順を図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。まず、（ａ）に示すようにインサート部材３の片側の接触面６を継手部２の一方のルート面５に当接させ、次に（ｂ）に示すようにインサート部材３と一方のルート面５との間を一定ピッチの点溶接１１等により仮付けし、最後に（ｃ）に示すようにインサート部材３の他側の接触面６を継手部２の他方のルート面５に当接させて同じく点溶接１１等により仮付けする。仮付けされた部分の断面は図６に示すようなものとなる。
【００２８】
このような手順でインサート部材３と継手部２との間を仮付けすることにより、継手部２の間を治具等で固定する必要がなくなり、仮付け作業を容易にすることができる。
【００２９】
次に、前記連続溶接ステップについて説明する。これは本溶接とも呼ばれるステップであり、下記のＴＩＧ溶接またはＭＡＧ溶接によって良好に成し遂げることができる。この連続溶接ステップは自動あるいは手動溶接により行われる。
【００３０】
ＴＩＧ溶接では、図７に示すように溶接トーチ１３先端のタングステン等で形成された非消耗電極１４からのアーク放電により、継手部２とインサート部材３とが加熱、溶融される。同時に、母材（金属配管材１，１）と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）１５が別途適量供給され、このフィラーワイヤー１５が継手部２の開先面４，４とインサート部材３とがなすＶ溝内において溶融し、溶融プール１６を形成する。溶融プール１６は開先面４，４とインサート部材３とに融合し、同時にルート面５，５とインサート部材３との間も融合する。そして、図８に示すように溶接ビード１７が形成されて継手部２が溶接される。なお、溶接トーチ１３からは溶接部に向ってシールドガス（不活性ガス）１８が噴き付けられる。
【００３１】
一方、ＭＡＧ溶接では、図９に示すように溶接トーチ２１に設けられた電極２２が母材（金属配管材１，１）と同等な溶接材料で製作されており、この電極２２がアーク放電を行いつつ、フィラーワイヤー（溶加棒）として適量供給される消耗電極として機能する。電極２２は継手部２の開先面４，４とインサート部材３とがなすＶ溝内において溶融プール２３を形成し、ＴＩＧ溶接の場合と同様に溶接ビード１７（図８参照）が形成される。ＭＡＧ溶接の場合も溶接トーチ２１から溶接部に向ってシールドガス（活性ガス）２４が噴き付けられる。
【００３２】
ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、いずれの溶接方法においても、溶接ビード１７（図８）は継手部２の表裏両側に若干はみ出す凸形断面をなし、特に継手部２の裏側にはみ出した部分１７ａが裏波ビードと呼ばれ、この裏波ビード１７ａが溶接長手方向に均一かつ滑らかに形成されることにより溶接の接合強度が高められる。インサート部材３の介装は裏波ビード１７ａの形成をより確実なものにする。このように、インサート部材３を用いてＴＩＧ溶接またはＭＡＧ溶接によって連続溶接（本溶接）を行うことにより、高い溶接強度の確保と連続した裏波ビード１７ａの形成を可能にするとともに、溶着効率の向上を図ることができる。
【００３３】
溶接ビード１７（溶融プール１６，２３）の形成は、母材（金属配管材１，１）の厚みに応じて複数回に分けて実行され、例えば図８の溶接ビード１７は１層目１７ｂと２層目１７ｃからなる２層構造となっている。裏波ビード１７ａは１層目１７ｂの形成時に同時形成される。
【００３４】
母材（金属配管材１，１）の材質は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１種類以上の材料を用いれば、高い溶接強度を得ることができる。
【００３５】
本発明では、インサート部材３の接触面６の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係をＡ＜Ｂ＜３Ａとなるように定めたことにより、溶接トーチ１３，２１等の溶接熱源から入力された熱エネルギーを効率良く継手部２とインサート部材３とに伝達させて双方を良好に融合させ、これにより初層（１層目１７ｂ）の溶接時に均等かつ滑らかな凸形状の裏波ビード１７ａを得ることができる。
【００３６】
したがって、高品質かつ高効率な連続溶接が可能になるとともに、継手部２の断面形状として既存のＶ型開先形状が適用可能になるため、従来の加工困難なＵ型開先形状等にする必要がなく、継手部２の加工コスト低減と仮付け作業の容易化を達成することができる。
【００３７】
ところで、図１０に示すように、Ｖ型開先形状を適用した状態で、インサート部材３のＡ，Ｂ寸法の関係をＡ＞Ｂとした場合には、図２〜図４に示す本発明のＡ＜Ｂの状態と比較して開先継手のＶ溝断面積が著しく減少することにより、初層溶接時に溶融プール２６が開先面４，４と接触する面積が増加する。この事が溶接熱源からの熱エネルギーの伝導範囲２７を拡張させ、熱エネルギーを母材１，１側に過大に分散させてしまう。その結果、熱エネルギー効率が非常に悪くなり、ルート面５とインサート部材３との間に融合不良等に起因する溶接欠陥が生じやすくなることが実験により確認されている。
【００３８】
逆に、図１１に示すように、インサート部材３のＢ寸法がＡ寸法に対し過大（実験では３倍を大きく超えた場合）になると、溶接時における溶融プール２６の深度が不足して熱エネルギーの伝導範囲２７が著しく縮小され、熱エネルギーがインサート部材３にのみ集中し、表面張力によりバランスしている溶融プール２６を維持できずに溶け落ち現象が発生する。しかも、開先継手のＶ溝断面積が大きくなることにより、フィラーワイヤー（溶加棒）の必要量が増加するとともに溶接作業時間が長くなるといった弊害があり、溶接作業効率とコスト面で極めて不利である。
【００３９】
したがって、継手部２の断面形状としてＶ型開先形状を適用可能にしつつ、熱エネルギーを効率良くルート面５，５とインサート部材３に伝達してインサート部材３を過不足なく良好に融合させるためには、本発明のようにインサート部材３のＡ寸法とＢ寸法の関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであることが望ましい。
【００４０】
インサート部材３のＢ寸法が小さくなる程、Ｖ字開先継手のＶ溝断面積、即ち溶融プールの断面積が小さくなって溶接作業効率とコスト面においては有利になる。しかしその反面、前述の如く熱エネルギー効率が悪くなることにより、ルート面５，５とインサート部材３との間に融合不良等に起因する溶接欠陥が生じやすくもなる。
【００４１】
そこで、本発明のようにインサート部材３の外面８および内面９の面形状を凹状、または凸状とすれば、インサート部材３の表面積が増加し、これにより熱エネルギーが効率良くインサート部材３に伝達されるため、その分インサート部材３のＢ寸法を小さく設定することが可能になり、より高効率な溶接が可能になる。
【００４２】
一方、実験によれば、インサート部材３のＡ寸法を２．０ｍｍに設定すると、初層溶接時に均等で滑らかな凸形状の裏波ビードが容易に得られることが判明している。
【００４３】
しかし、Ａ寸法を０．５ｍｍと薄く設定した場合には、初層溶接時に溶融プールの溶け落ち現象が頻繁に発生し、この条件下で適正な裏波ビード形状を得るためには必然的に溶接電流を低く設定せざるを得ず、これにより接効率が低下して溶接施工条件の許容範囲が狭くなるため非実用的である。
【００４４】
逆に、Ａ寸法を３．５ｍｍと厚く設定した場合には、インサート部材３の厚みが増加したことで加熱の必要なエリアが増大し、インサート部材３とルート面５，５とが充分に融合出来なくなって溶接欠陥が発生しやすい。
【００４５】
これらの実験結果から、インサート部材のＡ寸法を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに設定すれば、安定した良好な裏波ビードを得ることができる。その中でも中央値の２．０ｍｍが最適な寸法であると判断できる。
【００４６】
また、図１３に示す従来のＵ型開先形状の継手部１０２にインサート部材１０５を介装して溶接した場合に形成された溶接ビードと、図２に示す本発明に係る溶接方法およびインサート部材３により形成された溶接ビードとを冶金学的に比較した場合、従来の溶接ビードは母材と溶接金属（フィラーワイヤーおよびインサート部材）とが約５０％の割合で混合した溶着金属となるのに対し、本発明における溶接ビードは約９０％が溶接金属となり、母材との希釈率が小さくて溶接部の機械的性質や耐食性等も従来に比べて優れていることが判明した。したがって、この点でも本発明による溶接方法およびインサート部材は従来のものよりも優れていると言える。
【００４７】
なお、上記実施形態では溶接母材が金属配管材である場合の例についてのみ説明したが、本発明に係る溶接方法およびインサート部材は金属配管材に限らず、金属板や、他の多くの形状の構造材等の突き合わせ溶接にも幅広く適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法およびそれに用いるインサート部材よれば、高品質で信頼性の高い連続溶接を可能にしつつ、継手部の断面形状として既存のＶ型開先形状を追加工なしで適用可能にし、継手部の加工コストを低減させるとともに仮付け作業を容易にし、これによりインサート部材を用いた高品質な開先突き合わせ溶接を幅広い産業分野にローコストで普及させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接方法を金属配管材に適用した例を示す側面図。
【図２】本発明の第１実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分を示す拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態を示すもので、（ａ）は継手部とインサート部材とを密着させた部分拡大断面図、（ｂ）はインサート部材単体の断面図。
【図５】仮付けステップの手順を示すもので、（ａ）はインサート部材を一方の継手部に当接させた状態を示す図、（ｂ）はインサート部材と一方の継手部とを仮付けした状態を示す図、（ｃ）はインサートを他方ｃの継手部に当接させて仮付けした状態を示す図。
【図６】図５（ｃ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。
【図７】ＴＩＧ溶接の概略説明図。
【図８】溶接ビードの断面図。
【図９】ＭＡＧ溶接の概略説明図。
【図１０】Ｖ型開先形状を適用した状態でインサート部材のＡ，Ｂ寸法の関係をＡ＞Ｂとした場合を示す断面図。
【図１１】インサート部材のＢ寸法がＡ寸法に対し過大な場合を示す断面図。
【図１２】従来の技術を示すインサート部材を用いないＶ型開先溶接部の断面図。
【図１３】従来の技術を示すインサート部材を用いたＵ型開先溶接部の断面図。
【符号の説明】
１ 母材となる金属配管材
２ 継手部
３ インサート部材
４ 開先面
５ ルート面
６ 接触面
８ Ｖ型開先継手部の開先表面側を向く面
９ Ｖ型開先継手部の開先裏面側を向く面
１５ ＴＩＧ溶接時におけるフィラーワイヤー（溶加棒）
２２ ＭＡＧ溶接時におけるフィラーワイヤー（溶加棒）となる電極
Claims (13)
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とするインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とするインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであるインサート部材を形成するインサート部材形成ステップと、このインサート部材を上記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップと、上記仮付けステップ後に母材のＶ型開先継手部と上記インサート部材とを連続溶接する連続溶接ステップとを有すると共に、上記インサート部材は前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とするインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 前記母材の材質は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１種類以上の材料を用いることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載のインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 前記インサート部材を前記母材のＶ型開先継手部に仮付けする仮付けステップにおいて、インサート部材の一側を母材の一方のＶ型開先継手部に仮付けした後、インサート部材の他側を母材の他方のＶ型開先継手部に仮付けすることを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載のインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を別途適量供給しながらＴＩＧ溶接を行うことを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載のインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 前記母材と同等な溶接材料で製作されたフィラーワイヤー（溶加棒）を消耗電極として使用し、このフィラーワイヤーを別途適量供給しながらＭＡＧ溶接を行うことを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載のインサート部材を用いた開先突き合わせ溶接方法。
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凹状、開先裏面側を向く面形状が凸状であることを特徴とするインサート部材。
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状が凸状、開先裏面側を向く面形状が凹状であることを特徴とするインサート部材。
- 母材のＶ型開先継手部に接触する接触面の厚みＡと、開先継手部間隔方向の厚みＢとの関係が、Ａ＜Ｂ＜３Ａであると共に、前記母材のＶ型開先継手部の開先表面側を向く面形状と開先裏面側を向く面形状とが共に凹状であることを特徴とするインサート部材。
- 前記接触面の厚みＡが前記母材の開先継手部間の食い違い公差寸法 よりも少なくとも０．５ｍｍ大きいことを特徴とする請求項８、９または１０のいずれかに記載のインサート部材。
- 前記接触面の厚みＡが１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項８、９または１０のいずれかに記載のインサート部材。
- 前記接触面の厚みＡが２．０ｍｍであることを特徴とする請求項８、９または１０のいずれかに記載のインサート部材。
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