JP4305888B2 - 円筒部材の溶接方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの円筒部材の裏波溶接に関し、特に、油圧シリンダのシリンダチューブ等の円筒部内部に流体を流す等、同軸度，円筒度の精度を必要とし、コンタミネーションに配慮する必要のある片面裏波溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素鋼管又は合金鋼，耐熱合金鋼等の特殊鋼管の突き合せ溶接に関しては、例えば特開昭５９−２４５８０号公報に開示された溶接方法が知られている。当該公報においては、不活性ガス（例えばＡｒ）を使用するＭＩＧ溶接を例示して説明している。
【０００３】
突き合せＭＩＧ溶接においては、初層溶接は裏ビードを形成して行なうか、裏当て材を使用して行なうのが一般的である。裏ビードを形成して溶接する場合、ＭＩＧ溶接においては、電極ワイヤーのアーク点の形状及び位置は常に変化しているためスパッタの多少を招来し、アークがスプレー状となって吹き出る安定状態に移行するには時間がかかる。
【０００４】
従って、アーク開始の時点からは安定した溶接は得られず、アーク開始部での均一で良好な裏ビードの形成は困難である。そのため初層溶接終了時の裏ビードをアーク開始時のビードに継ぐ場合にも良好な裏ビードは形成されない。例えばアーク開始部では、図２（Ｃ）に示すように、溶融金属の一部が内部に垂れ落ちてビード溶け落ちＡが発生する。その結果、初層終了時点では図２（Ｄ）に示すように、溶接開始部のビードとの継ぎ目Ｂが食い違い、裏ビードの不均一が生じる。
【０００５】
また、アーク開始に際しビード溶け落ちを防止するため、溶接電流を下げた場合は、図２（Ｅ）に示すように裏ビードの垂れ込み不足Ｃが発生し、そのため初層終了時点では、図２（Ｆ）のＤに示すように溶融金属の一部が内側に垂れ易い。この様にＭＩＧ溶接においては、溶接開始部において安定した溶着部を形成することは難かしく、溶接開始部からの良好な裏ビードの形成が重要な課題となっている。
【０００６】
上記課題を解決するため、上記公報に開示された溶接方法では、図２（Ａ）に示すように溶接開始部において所定区間をＴＩＧ溶接Ｔｗによって裏波溶接を実施している。この場合、ＴＩＧ溶接Ｔｗの長さは下記のようにＭＩＧ溶接Ｍｗが開示されてから安定化するのに必要な長さであり、最小５０ｍｍもあれば充分である。次に、このＴＩＧ溶接Ｔｗの中間部ＭよりＭＩＧ溶接を開始し、アークの安定化を行なって初層裏波溶接を実施していくのである。ＴＩＧ溶接においては、タングステン電極の形状が一定であるから、アークは安定し易く、溶接開始の時点から安定した溶接をすることができる。
【０００７】
図２（Ｂ）に示す初層最終部Ｅにおいても、安定して形成されているＴＩＧ溶接部Ｔｗのビードとの継ぎ溶接であるため、均一な裏ビードの連結ができるのである。この方法は作業者が手作業によって溶接作業を行なう場合に容易に実施できるのはもちろん、自動溶接機によって、シールドガス，電流，溶接速度，ＴＩＧ用軸線の供給，ＭＩＧ用電極ワイヤーの供給をプログラムによって自動溶接スル場合にも実施できる。
【０００８】
上記プログラム溶接においては、溶接開始信号によってシールドガスが供給され、その後溶接電流が上昇してＴＩＧ溶接が開始される。円筒部材はＴＩＧ用芯先の供給が始まると同時に回転移動が開始され、ＭＩＧ溶接のアークが安定するのに必要な距離（約５０ｍｍ）回転してＴＩＧ溶接を終了する。
【０００９】
つぎに円筒部材を逆回転させ、ＴＩＧ溶接によって形成された裏ビードの長さ中央まで溶接チップを戻し、開始信号によって再びシールドガスが供給される。次いで溶接電流が上昇しアークが発生した時、ＭＩＧ用電極ワイヤーが供給されＴＩＧ裏ビードの上からＭＩＧ溶接を開始する。
【００１０】
ＭＩＧ溶接の開始後、所定区間は溶接条件が安定せずビードは不均一であるが、予めＴＩＧ溶接によって形成された均一な裏ビードの上部からの溶接であるから裏ビードには影響しない。ＴＩＧ溶接の裏ビードが途切れる点までＭＩＧ溶接が進行した時点では、ＭＩＧ溶接条件は安定しているから、ＭＩＧ溶接によって安定した裏ビードを形成しつつ管の全周に亘って突き合せ溶接が行なわれるのである。初層溶接の終了時点では溶接開始点のビードと連結されるが、この区間はＴＩＧ溶接によって正常な裏ビードが作られているから、ＴＩＧ溶接部との継ぎ目溶接となって均一な裏ビードの連結が図れる。他方、炭素鋼からなる円筒部材の溶接に関しては経済的な活性ガス（例えばＣＯ２）を使用するＭＡＧ溶接を採用することも知られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された溶接方法では、ＭＩＧ溶接では裏波が得られにくい初層溶接開始部をＴＩＧ溶接を行い、溶接開始部の裏波を形成するため、ＴＩＧ溶接とＭＩＧ溶接を併用するので、工程が二重となり、両方の設備が必要であり設備費が高くなる。
【００１２】
又、ＭＡＧ溶接によって円筒部材を溶接する場合には、図３（Ａ）に示すように、図２（Ｅ）に示す場合と同じように、溶接開始部に裏ビードの垂れ込み不足Ｅ１が発生し、その結果初層終了時点では、図３（Ｂ）に示すように溶接がなされていない部分Ｅ２が発生してしまう不具合がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的とするところは、垂れ込み不足等の溶接欠陥が発生せず安価なシールドガス（例えばＣＯ２）が使用でき高効率なＭＡＧ溶接だけで安定した初層裏波が得られる溶接方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の採った手段は、 開先を加工した円筒部材の端面同士を双方から押圧して当該端面当接部の隙間をなくして溶接することにより、溶接スパッタ及び切除した切粉が円筒部材内部に侵入しないようにすると共に開先部を連続して溶接を行う裏波溶接において、溶接開始部から円周方向に沿う一定区間の裏波の不足する溶着部を溶接作業が一周する間に開先形状に沿って切除する工程と、上記溶接開始部までの円周方向に沿う一周の溶接工程と、引き続いて上記切除区間を溶接する工程とで安定した初層裏波を形成することである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る溶接方法を図１に示す実施形態に基づいて説明する。従来技術と同一部分には同一の符号を用い、特に必要のない部分については説明を省略する。従来技術においては、特殊鋼の溶接も可能な不活性ガス（例えばＡｒ）を使用するＭＩＧ溶接を図示して説明しているが、本発明が対象とする炭素鋼からなる円筒部材の溶接に関しては、より経済的な活性ガス（例えばＣＯ２）を使用するＭＡＧ溶接が一般的であるので、以下ＭＡＧ溶接として説明する。
【００１７】
まず、図１（Ａ）に示すように、一方の円筒部材１の一部である当接部１Ｂを残して開先１Ａを加工する。同様に他方の円筒部材２にも当接部２Ｂを残して開先２Ａを加工する。
【００１８】
つぎに、開先加工を施した２つの円筒部材１，２の当接部１Ｂ，２Ｂ（厚み０．５〜２ｍｍ）の端面同士を突き合わせ、両方向から当接部に押圧力を加えながら、溶接機に所用の精度で隙間無くクランプする。この状態で任意の範囲まで図１（Ｂ）（Ｄ）に示すよう初期の溶接ａを初層より高効率なＭＡＧ溶接にて溶接を行う。この時、従来技術でも説明したように、図１（Ｄ）の斜線部に示す溶接開始部Ｆは安定な裏波が形成されないため、この裏波の不足する溶接開始部分Ｆ（溶接開始部より約２０ｍｍ）の溶着部を、図１（Ｃ）及び（Ｅ）に示すように、溶接作業が一周する間に切欠部ｂとして開先形状に沿って切除するとともに、１周以上（溶接開始部より１周＋切除長）に亘り切欠部ｂを含め連続して裏波溶接する。この結果、一周遅れた溶着部Ｃが上記の溶接開始部Ｆに対応する部分を溶接して最初の垂れ込み不足等の欠陥をおぎなうことになる。従って、初層全周に亘り安定した裏波溶接を行なうことができる。引き続き、２層，３層と連続して開先部を溶接し２つの円筒部材を結合する。
【００１９】
本発明はＭＡＧ溶接による裏波溶接において、溶接欠陥の生じやすい溶接開始部から一定区間の溶着部を開先形状に沿って内側に貫通しないよう切除し、１周以上（溶接開始部より１周＋切除長）溶接することにより安定した初層裏波を形成でき、当接部１Ｂ，２Ｂ間の隙間が無いから裏当て材が不要で且つ安価な裏波溶接が可能となる。
【００２０】
また、当接部１Ｂ，２Ｂの端面同志を双方から押圧しながら全周に亘る裏波溶接を行うため、円筒部材内部に溶接スパッタや切粉が入らないので、内部が清浄に保たれる一方、ＭＡＧ溶接のみで良好な裏波溶接ができるため、ＴＩＧ溶接及びＴＩＧ溶接に関する設備の必要がなく、安価な設備で高効率な裏波溶接が可能となる。
【００２１】
更にこの溶接方法では、当接部同志を双方から押圧して裏波溶接を行うため、溶接治具により円筒度，同軸度等の接合精度を高い精度で得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、請求項１の発明においては、開先を加工した円筒部材の端面同士を双方から押圧して当該端面当接部の隙間をなくして溶接することにより、溶接スパッタ及び切除した切粉が円筒部材内部に侵入しないようにすると共に開先部を連続して溶接を行う裏波溶接において、溶接開始部から円周方向に沿う一定区間の裏波の不足する溶着部を溶接作業が一周する間に開先形状に沿って切除する工程と、上記溶接開始部までの円周方向に沿う一周の溶接工程と、引き続いて上記切除区間を溶接する工程とからなるので、安定した初層裏波を形成できるため、裏当て材が不要で且つ安価な裏波溶接が可能となる。
更にＭＡＧ溶接等の一つの工程で溶接が行え、溶接設備の簡素化が図れる。
また、円筒部材の端面同志を双方から押圧して円筒部材内部に溶接スパッタや切粉が入らないようにしているので、内部が清浄に保たれる一方、ＭＡＧ溶接のみで良好な裏波溶接ができ、ＴＩＧ溶接及びＴＩＧ溶接に関する設備の必要がなく、安価な設備で高効率な裏波溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は本発明の実態形態に係る円筒部材及び溶接方法工程図である。
【図２】従来技術に係る円筒部材の溶接方法の工程図である。
【図３】他の従来技術に係る円筒部材の溶接方法の工程図である。
【符号の説明】
Ｆ 溶接開始部から一定区間の溶着部（切除区間）
１，２ 円筒部材
１Ａ，２Ａ 開先
１Ｂ，２Ｂ 当接部
ａ 初期の溶接
ｂ 切欠部
ｃ 一周遅れた溶着部
Claims (1)
- 開先を加工した円筒部材の端面同士を双方から押圧して当該端面当接部の隙間をなくして溶接することにより、溶接スパッタ及び切除した切粉が円筒部材内部に侵入しないようにすると共に開先部を連続して溶接を行う裏波溶接において、溶接開始部から円周方向に沿う一定区間の裏波の不足する溶着部を溶接作業が一周する間に開先形状に沿って切除する工程と、上記溶接開始部までの円周方向に沿う一周の溶接工程と、引き続いて上記切除区間を溶接する工程とで安定した初層裏波を形成することを特徴とする円筒部材の溶接方法。
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