JPH07124746A - Ａｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ合金の立向狭開先壁面及び角部に対して
確実にアークを指向でき、溶融金属に邪魔されずに安定
かつ十分な溶込みが得られるとともにビード表面の垂れ
落ちが防止でき、表面の美麗なビード外観を有し溶接欠
陥のない高品質良好な溶接継手が得られる。 【構成】 Ａｌ合金１の立向狭開先２をＭＩＧ溶接する
にあたり、先端でワイヤ８を軸芯方向に対し適宜角度屈
曲させるチップ６及びシールドノズル４を立向狭開先２
内に挿入し、ワイヤ８先端を溶接進行方向２０と反対方
向に円弧状に左右対称に反復オシレートさせ、反転及び
オシレート速度を自在に制御しつつガスシールド溶接を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌ又はＡｌ合金（以下
Ａｌ合金という）の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】Ａｌ合金の構造物は、例えば液化天然ガ
ス輸送船及び貯蔵用タンクとして需要が増大するととも
に、大型化の傾向にあるが、このような大型構造物の建
造にあたっては、溶接構造とするのが一般的で、特に厚
板を接合する場合所要溶接金属量が少なく溶接工数及び
コストの低減が図れる等の理由から、立向狭開先ＭＩＧ
溶接方法の適用が試みられている。しかして下向姿勢を
主体とした狭開先ＭＩＧ溶接方法としては、ほぼＩ型開
先の壁面に対して満足な溶込みを得るために、ワイヤに
予め曲げぐせを与える方法，より合わせワイヤを用いる
方法，偏心したワイヤを同一方向に高速回転させる方法
等がある。

【０００３】しかしながらこれらの方法を立向姿勢に適
用しようとするときは、溶接トーチを振子のように水平
方向にオシレートさせることによってワイヤ先端のアー
クを揺動させるのが一般的であるが、この場合、図６側
断面図に示すように、溶融金属２３が重力の影響で垂れ
落ち溶接金属２２の表面側へ湯流れを生じ易く、またア
ークが一定のアーク長Ａを保とうとする作用の結果とし
てワイヤ８の先端と母材２４との距離Ｂが長くなり、流
下した溶融金属２３が邪魔でアークの熱が直接母材２４
に当たり難く所謂溶融金属２３によるクッション作用が
生じ、溶込みＣが少なく融合不良を生じたりし、特に開
先角部においては融合不良発生の割合が高く、結局狭開
先内における良好なビード形成が損なわれるとともに高
品質な溶接金属２２が形成され難い欠点がある。更にＡ
ｌ合金は熱伝導性が鋼の約４倍良好なので局部加熱が難
しく、一層融合不良が起こり易いという問題点があり、
特に板厚が大きくなると積層に伴って融合不良の発生が
頻繁となるので、これらの溶接欠陥の防止がアルミ合金
の立向狭開先ＭＩＧ溶接にとって考慮すべきところであ
る。

【０００４】なお融合不良を防止するためにＩ型開先よ
りＶ型開先に近い開先形状とすると、開先断面積が大き
くなって溶接金属量及び工数が増大して溶接能率の低下
をきたすおそれがあり、また融合不良の生じ易い個所で
部分的に高電流とすると、溶融金属量が増すためにその
重量が表面張力を越え、垂れ落ち，湯流れといった不具
合を生じ、ビード形成が損なわれる欠点がある。更に開
先が深い厚板の狭開先溶接では、アーク雰囲気を大気か
ら完全にシールドすることが溶接品質上不可欠である
が、この種のオシレート方式ではシールド不良により空
気等が溶接金属内に混入しブローホール等の溶接欠陥を
発生し易いという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、Ａｌ合金の立向狭開先
壁面及び角部に対して確実にアークを指向でき、溶融金
属に邪魔されずに安定かつ十分な溶込みが得られるとと
もにビード表面の垂れ落ちが防止でき、表面の美麗なビ
ード外観を有し溶接欠陥のない高品質良好な溶接継手が
得られるＡｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、Ａ
ｌ合金を立向狭開先ＭＩＧ溶接するにあたり、先端でワ
イヤを軸芯方向に対し適宜角度屈曲させるチップ及びシ
ールドノズルを狭開先内に挿入し、ワイヤ先端を上進溶
接の進行方向と反対方向に円弧状に左右対称に反復オシ
レートさせ、反転及びオシレート速度を自在に制御しつ
つガスシールド溶接を行うことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明Ａｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法に
おいては、チップの先端でワイヤを５〜２０度の角度で
強制的に曲げ、ワイヤ先端を立向狭開先内を溶接進行方
向と反対方向に円弧状に反復オシレートさせながら溶接
を行うため、開先角部における溶融金属の障害としての
働きはなくなり融合不良は解消される。すなわち溶融金
属は表面張力と重力の作用を受けるが、下弦側の円弧状
オシレートにより、開先壁面及び角部に対して確実にア
ークを指向できるとともに、溶融金属に邪魔されずにア
ークの熱を直接母材へ供給でき、この部分の母材への入
熱が増加する結果安定かつ十分な溶込みが得られる。ま
た狭開先内を横断する移動距離が振子状の水平オシレー
トに比べ円弧状オシレートの場合長くなるため、狭開先
内で１プールとなりにくく余分な溶融金属量が少なくな
る結果、溶融金属量が多い場合に生じ易い垂れ落ちが少
なく、かつ表面が美麗な外観の溶接ビードが得られる。
更に偏平型のシールドノズルと二重シールドノズルを併
用すれば、ガスシールドが効果的に作用し、ブローホー
ルの発生を防止する。

【０００８】

【実施例】本発明Ａｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法
の一実施例を図面について説明すると、図１は本溶接方
法の実施要領を示す斜視図、図２は本溶接方法のオシレ
ート軌跡を示す説明図、図３は本溶接方法のオシレート
要領を示す説明図、図４は本溶接方法の溶込み状態を示
す側断面図、図５は本溶接方法に適用されるＭＩＧ溶接
トーチの斜視図である。

【０００９】まず本溶接方法に適用されるＭＩＧ溶接ト
ーチを図５について説明すると、ＭＩＧ溶接トーチ本体
３の先端に設けられた偏平状のシールドノズル４の内部
にチップ回動軸５が縦設され、同軸５の先端にチップ６
が螺着されるとともに、同チップ６には軸芯方向に対し
５〜２０°屈曲したワイヤ導出孔７が穿設され、その先
端からワイヤ８が導出されている。またチップ回動軸５
の基端はＭＩＧ溶接トーチ本体３を貫通して同本体３基
部に配設された歯車対９，１０を介してモーター１１に
連結されるとともに、同モーター１１にはオシレート位
置検出用のポテンショメーター１２が付設されており、
このモーター１１及びポテンショメーター１２に代えオ
シレート位置検出及び速度制御が可能なステッピングモ
ーターを設けてもよい。更にシールドノズル４内に、複
数のシールドガス供給管１３が配設されてシールドガス
入口１４に接続されるとともに、複数の給水管１５，排
水管１６が配設されて冷却水入口１７，冷却水出口１８
に接続されており、なおシールドノズル４の先端にはガ
スシールド効果を高めるため着脱可能な二重シールドノ
ズル１９が嵌着されている。

【００１０】このようなＭＩＧ溶接トーチを用いてＡｌ
合金の立向狭開先溶接を行う溶接方法の実施要領を図１
〜図４について説明すると、まず図１において、Ａｌ合
金１の立向狭開先２内にシールドノズル４の広幅方向を
竪にして挿入し、チップ６先端から屈曲して突出したワ
イヤ８とＡｌ合金１との間にアークを発生させるととも
に、シールドノズル４からシールドガスを噴出させて溶
接進行方向にシールドノズル４を移動させながら溶接を
行い、溶接金属２２を形成して行く。このとき図５に示
したモーター１１の回転により歯車対９，１０を介して
チップ回動軸５を回動させ、チップ６から突出したワイ
ヤ８先端を溶接進行方向２０と反対方向に円弧状に左右
対称に、オシレート軌跡２１のように反復オシレートさ
せる。そしてこのオシレート軌跡２１は図２に示すよう
に開先角部２ａで折返しを繰返し溶接進行方向２０に沿
い上進して行く。

【００１１】このオシレート軌跡２１によるオシレート
作動により、ワイヤ８先端は図３に示すように８′の位
置に変化し、チップ６の回動角度が１８０°のとき最大
振幅となり、これよりも回動角度が小さくなるとワイヤ
８の振幅と比例して小さくなる。このようにしてチップ
６の軸芯方向に対し５〜２０°屈曲したワイヤ導出孔７
から導出されたワイヤ８の先端は、チップ６の回動によ
り溶接進行方向２０と反対方向に円弧状に左右対称に反
復オシレートすることにより、立向狭開先２の開先角部
２ａに対して確実にアークを指向できるようになり、そ
の結果図４に示すように、溶融金属２３がアーク点より
下方へ流れ、アークの熱を直接Ａｌ合金１へ供給できる
ので、深い溶込みＣが得られる。またオシレート軌跡２
１による円弧状オシレートにおいて下方に向かうときは
オシレート速度を速く、上方に向かうときはオシレート
速度を遅くすることにより、開先角部２ａの溶込みを一
層増大かつ安定させることができるとともに、ビード表
面の重力の影響による垂れ落ちを防止できる。なおオシ
レート軌跡２１を反転する際に一時的に停止させてもよ
く、この停止時間においてベース電流より高電流を供給
すれば一層好ましい溶接部を得ることが可能となる。

【００１２】次に本溶接方法の具体例を挙げると、板厚
１６０mmのＡｌ合金の開先幅１６mmのＩ型狭開先に対
し、ワイヤ径1.4 mm，導出孔径2.0 mm，導出孔角度１４
°とし、溶接電流２５０±２０Ａ，溶接電圧２４±２
Ｖ，シールドガスＨｅ７０％＋Ａｒ３０％混合ガス３０
l/min，二重シールドガス純Ａｒ７０ l/minの溶接条件
で、溶接速度１４±２cm/min，オシレート速度１４０±
２０deg/sec,オシレート端停止時間0.5 〜0.5secで溶接
を行い、開先壁面方向と板厚方向にそれぞれ片側３〜3.
5 mmの安定した溶込みが得られた。

【００１３】かくしてこのＡｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ
溶接方法によれば、Ａｌ合金の立向上進溶接において、
ワイヤ８先端の円弧状オシレートを溶接進行方向２０と
反対方向に左右対称に反復して行わせることにより、ま
た円弧状でも下方に向かうときはオシレート速度を速
く、上方に向かうときはオシレート速度を遅くすること
により、溶融金属２３に邪魔されずに安定かつ満足な溶
込みＣが得られるとともに、ビード表面の垂れ落ちが防
止できる。またビード断面形状は角部２ａ及び壁面の溶
込みが大きく開先中央部がそれに比べやや浅いオメガ状
の形状となり、表面の美麗なビード外観が得られる。更
にチップ回動軸５を介してチップ６の先端部までワイヤ
８を正確に誘導できるため、特に融合不良が発生し易い
開先角部２ａ及び壁面に対して確実にワイヤ８を向ける
ことが可能となり、アークの狙い位置や開先両端での停
止時間をリアルタイムで調整できる。なお狭開先が深い
厚板ではアーク雰囲気を大気から完全にシールドするこ
とがブローホール等の溶接欠陥を防止する観点から重要
であるが、この溶接方法では立向狭開先２内に挿入可能
な偏平状のシールドノズル４と二重シールドノズル１９
を併用することにより、開先底部から開先表面の仕上げ
層までの積層におけるガスシールドの効果を改善できブ
ローホールの発生を防止できる。またこの溶接方法によ
り板厚５０mm以上のＡｌ合金厚板の立向狭開先溶接が高
品質に施工できるようになり、溶接能率が大幅に向上す
る。

【００１４】

【発明の効果】要するに本発明によれば、Ａｌ合金を立
向狭開先ＭＩＧ溶接するにあたり、先端でワイヤを軸芯
方向に対し適宜角度屈曲させるチップ及びシールドノズ
ルを狭開先内に挿入し、ワイヤ先端を上進溶接の進行方
向と反対方向に円弧状に左右対称に反復オシレートさ
せ、反転及びオシレート速度を自在に制御しつつガスシ
ールド溶接を行うことにより、Ａｌ合金の立向狭開先壁
面及び角部に対して確実にアークを指向でき、溶融金属
に邪魔されずに安定かつ十分な溶込みが得られるととも
にビード表面の垂れ落ちが防止でき、表面の美麗なビー
ド外観を有し溶接欠陥のない高品質良好な溶接継手が得
られるＡｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法を得るか
ら、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明Ａｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法の
一実施例における実施要領を示す斜視図である。

【図２】本溶接方法のオシレート軌跡を示す説明図であ
る。

【図３】本溶接方法のオシレート要領を示す説明図であ
る。

【図４】本溶接方法の溶込み状態を示す側断面図であ
る。

【図５】本溶接方法に適用されるＭＩＧ溶接トーチの斜
視図である。

【図６】従来溶接方法の溶込み状態を示す側断面図であ
る。

【符号の説明】 １ Ａｌ合金 ２ 立向狭開先 ２ａ 開先角部 ３ ＭＩＧ溶接トーチ本体 ４ シールドノズル ５ チップ回動軸 ６ チップ ７ ワイヤ導出孔 ８ ワイヤ ９，10 歯車 11 モーター 12 ポテンショメーター 13 シールドガス供給管 14 シールドガス入口 15 給水管 16 排水管 17 冷却水入口 18 冷却水出口 19 二重シールドノズル 20 溶接進行方向 21 オシレート軌跡 22 溶接金属 23 溶融金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ合金を立向狭開先ＭＩＧ溶接するに
   あたり、先端でワイヤを軸芯方向に対し適宜角度屈曲さ
   せるチップ及びシールドノズルを狭開先内に挿入し、ワ
   イヤ先端を上進溶接の進行方向と反対方向に円弧状に左
   右対称に反復オシレートさせ、反転及びオシレート速度
   を自在に制御しつつガスシールド溶接を行うことを特徴
   とするＡｌ合金の立向狭開先ＭＩＧ溶接方法。