JPS6015069A - Al管の円周方向隅肉溶接方法 - Google Patents

Al管の円周方向隅肉溶接方法

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JPS6015069A
JPS6015069A JP12358883A JP12358883A JPS6015069A JP S6015069 A JPS6015069 A JP S6015069A JP 12358883 A JP12358883 A JP 12358883A JP 12358883 A JP12358883 A JP 12358883A JP S6015069 A JPS6015069 A JP S6015069A
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JP
Japan
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pipe
welding
boss
flange
fillet welding
Prior art date
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Pending
Application number
JP12358883A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Tanaka
一雄 田中
Kazuo Furugane
古金 和郎
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6015069A publication Critical patent/JPS6015069A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B23K9/0288Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding of tubes to tube plates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はAl管に配管用環状部材を円周方向隅肉溶接で
取付ける方法に関するものである。
Al管(AI及びA1合金製管を含む、以下同様)は熱
交換器等の分野で広く利用されておシ、今後更に色々な
配管分野に適用されていくであろうと期待されている。
Al管の配管に当っては、Al管の端部にフランジやナ
ツト等の管継手部材を取付けた上でAl管同士或はAl
管と各種機器類との接続を行なうが、場合によっては直
接Al管同士の嵌込み接続を行なったり、Al管に各種
機器類を直接接続しなければならない事態に遭遇するこ
とも皆無とは言えない。本明細書ではこれらの接続相手
のうち、Al管の外周に嵌込むか或はAl管の端面へ当
接することによってAl管の円周方向に沿って隅肉溶接
線を形成する様な部材を配管用環状部材と称し、これら
の全てを本発明の対象に含める。但し以下の説明におい
ては、理解の便宜を考慮してフランジの場合を代表的に
取上げることとする。
さてA1管に上記7シンジを取付けるに当っては、例え
ば第1図(’A)に示す如<Al管1とフランジ2を底
合し、その円周方向隅肉部3を第1図(B)の4で示す
様にろう付けするのが従来の常法であった。しかしろう
付は法については、良く知られている様忙 (])加加熱皿が広い為、材料劣化(特に強度劣化)域
が広がる。これをさけるため現状で杜ん−Zn−Mg合
金7N01を使用して込るがバーニングの発生が生じや
すい。
(2)ろう付は後の残留フラックスを皆無にすることが
できない為、母材の腐食を促進させる恐れが強い。
(3)上記フラックスを洗浄除去したときの洗浄液公害
問題が生じる。
(4)作業環境を悪くする。
等の問題がある。これらの問題を一気に解決しようとす
れば溶接法に切替える他なりが、対象となるAl管は一
般に極めて小さく通常3.0mmj以下、30mmφ以
下のものである為、アーク力によるバーンスルーの問題
があると共に、溶接条件の許容範囲が余シにも狭くなら
ざるを得す、小肉厚・小管径Al管を対象とする実用的
溶接法は未開発になっている。例えばMIG溶接を行な
おうとしてもAl管の外径が余シにも小さい為スタート
部及びクレータ部は轟然として全周に亘って溶接欠陥の
頻発に見舞われてしまう。又TIG溶接を行なう場合に
は溶加材をアーク内へ挿入しながら慎重に手動溶接すれ
ば一応の溶接部は得ることも可能ではあるが、この場合
は一般に交流TIG溶接となる為アークの集中が悪く且
つ加熱範囲が広くなるので必ずしも最良の結果が得られ
る訳ではない。
そしてこれを自動化しようとすれば管の外径及び肉厚が
小さいことの為に極めて複雑な溶接シーケンスが必要と
なシ、交流自動TIG溶接の実用化は当分野に関する限
り殆んど不可能に近いと考えられる。
結局、AIの熱伝導性が良好であり過ぎること、高温環
境下において極めて酸化され易いこと、いつたん酸化さ
れて形成される酸化物は高融点であり母材表面部に強固
な膜を形成して溶接を阻害すること、小肉厚である為パ
ーンスルー発生の恐れが強いこと、小径である為溶接条
件の変動による影響が大きく現われること、等の各因子
が総合される結果、良好な溶接部が安定して得られる様
なAI配管の溶接法は実質的に開発不可能であった。
本発明はこの様な状況に着目してなされたものであって
、上記条件下においても安定して良好な溶接金属が得ら
れ、しかも自動化を設計することすら可能な溶接法の提
供を目的とするものである。
上記目的を達成することに成功した本発明の溶接法とは
、肉厚3.0 mm以下、外径30mm以下のAl管に
配管用環状部材を対設してAl管の円周方向に隅肉溶接
を行なうに当b1前記配管用環状部材の隅肉溶接施工面
に周方向に沿ってボス部を形成しておくと共に、該ボス
部に沿いながら溶加棒を使わない直流正極性TIG溶接
法を適用して前記ボス部をAl管に融着させるととを要
旨とするものである。
以下実施例図面を参照しながら本発明の構成及び作用効
果を説明していく。第2図(5)〜(F)は本発明に係
るTIG溶接(よシ正しくは融接)を行なうのに適した
隅肉溶接部の断面図で、特に第2図(2)〜(E)は、
フランジ2の貫通穴6に形成した段部(時にはテーパ部
)7にAl管1の先端を突当ててAl管1を安定保持し
、且つフランジ20貫通穴6側周縁に沿ってボス部5を
環設した例であり、ボス部5の形状が自由に設計される
ことを表わしている。第2図便)ではボス部5の内周面
とA1管1の外周面の間に極めてわずかな隙間Gが形成
されていると共に、フランジ20貫通穴6は内周面が面
一であ、9AI管1の先端は貫通穴6に嵌合されずフラ
ンジ面に当接している。
この様に設計製作されたボス部5にTIGアークを適用
することによってボス部5及びそれに当接するAl管1
の外周面を溶融してこれらを融接一体化させるのである
が、この時交流電源でTIGアークを発生させると、ア
ークの集中性が悪い為溶込みが不十分になシ易く、これ
を防ごうとじて溶融金属量が多くなるまでアークを作用
させ続けていると、過溶融となってAl管1の肉厚が薄
くなる傾向があシ、第3図(B)に示す様な凹状の融着
金属8′になってしまうことが多い。この様になれば機
械的に種々の弊害が現われてくるので溶接条件を変更す
る必要があシ、直流電源を用いることに想到したが、逆
極性では溶込みが浅く溶融幅が広がシ、結局のところ交
流電源を採用するのと大差がないと思われ、現に実験結
果を見ればAl管1の肉細を招き易いという欠点は回避
できなかった。そこで直流正極性の条件下でTIGアー
クを発生させボス部5に作用させたところ、第3図(5
)において8で示す様な良好な形状の融着金属が得られ
所期の目的が達成されることを知った。もつとも直流正
極性のときはクリーニング作用がないので、事前に母材
表面の酸化膜や油脂類は十分に除去しておく必要があっ
た。又第2図(E)に示したギャップGが余シ過大であ
ると完全な融合状態を得ることが困難になるので、可及
的に小さくすることが望まれ、種々実験したところによ
れば0.3馴以下に抑制しておけば最良の結果が保証さ
れるということを知った。尚ボス部5の厚さや高さにつ
いても特段の制限はないが、余シ厚くなると入熱量を多
くしなければならないので、5+nm以下にしておくこ
とが推奨され、他方余シ薄いと融着効果が得られないの
で、最大厚み部分〔第2図(B)。
(C) 、 (D) 、 (E)の裾部分〕の厚さとし
ては1 mm以上とすることが望まれる。又ボス部5の
高さとしては、融着強度確保の観点から1mm以上とす
ることが望まれるが、5mmを越えることは不必要であ
る。
上記構成を採用することによってボス部の溶融並びにA
l管への融着がスムースに進行するが、以下更に好適な
実施条件について説明する。
本発明でれ直流正極性によるTIG溶接を行なうが、パ
ルス電流を採用すると溶湯の攪拌効果によってAl管と
の融合一体性が向上し、前述のギャップGが多少大きい
場合でも強固な溶接継手を得ることができる。又パルス
電流によると高電流と低電流の繰返しになるが、高電流
のときに十分な溶込み深さを確保し、低電流期間が加わ
ることによって過剰入熱を防止し且つ冷却効果を発揮す
るという利点がある。しかし周波数が0.5 Hz未満
になると溶接ビードの各ピッチが大きくなシ、特に低入
熱域において入熱不足による融着不良部が発生し易くな
るという欠点がある。他方50Hzを越えると、高周波
数の為に溶湯攪拌効果並びに溶湯冷却効果がいずれも不
十分になってくるので0.5〜50 Hzの範囲内で設
定することが推奨される。
次にTIG溶接雰囲気を構成するシールドガスについて
は、アークの集中性を高める為にHeを用いるが、他の
ガス、例えばArを混合しても良い。この場合Arの混
合比が高くなるにつれて溶込みが浅くなって交流TIG
法の場合と同様の欠点が現われてくるので、Heは少な
くとも25係以上存在することが望ましい。尚アークの
集中性を高めるという観点からすればW電極の先端をな
るべく尖鉄化しておくことが更に推奨される。
次に本発明の具体的実施例を掲けて更に詳細な゛説明を
加える。
A3003−H24製のAI管C1,5n+mj x 
20膿φ(外径)X450mm’)とA6063−T5
製のAIフランジ(20mmtX60mmφ)を第4図
(4)I (B)の様に組付けた。第4図(4)ではろ
う付けを行ない、第4図(B)では、溶加材無しのDC
−8P−TIG溶接を行なった。尚後者の溶接ではトー
チを固定すると共に溶接物を定速で回転させ、電流(8
0A)、パルス数(4Hz)、周速(500mm/分)
、シールドガス(He:151/分)、尖鋭W電極使用
、の各条件に設定した。パイプ側及びフランジ側のビッ
カース硬度を測定したとと第5図に示す様な結果が得ら
れた。第5図の下方に示したのは測定箇所(×印)の位
置を表わす図であシ、ろう付けの場合はフランジ側にも
パイプ側にも軟化域が大きく広がっているが、本発明の
溶接を行なったものでは軟化域が極めて狭い位置に局限
されていることが分かる。
次に第4図の)と同一構造の溶接物を対象としてAC−
74’G溶接(電流+135A、パルス無し、その他の
条件は前回と同様)を行なったところ、第3図(B)に
示した如<AI管溶接部に極端な薄肉部が発生した。
又更に第4図囚の継手部に溶加棒を送給しながらDC−
3P−TIG溶接(電流その他の溶接条件は同じ)を行
なったが、溶接対象物自体が小さいと共に電流も小さい
(80A)為アーク長が短く、実用的な溶接作業性は確
保できなかった。
次に第6図囚、(B)に示す様に、溶加材9を、置きろ
う方式で配置しながらDC−3P−TIG溶接を行々つ
だところ、リング状の溶加材9のみがはじめに単独で溶
融した上表面張力の為球状となり、フランジ面上を逃げ
てAI管の溶着金属になじまず結局接合不良が発生した
。尚リング状溶加材をある程度大きくしておけばAI管
との融着も進行したがピード形状は極めて不揃いとなら
ざるを得なかった。
本発明は以上述べた様に構成されているので、AI管と
配管用環状部材の溶接が円滑に進行し、融合不良の無い
確実な継手部を確保することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図囚、(B)はろう付は法の概念図、第2図(5)
〜(F)は本発明の継手説明図、第3図(5)は良好な
融合状態を示す説明図、第3図(B)は不良な融合状態
を示す説明図、第4図囚、 (B) 、第6図囚、(B
)は実験で用いた継手部の説明図、第5図は軟化域の分
布を示すグラフを夫々示す。 1・・・AI管 2・・・フランジ 訃・・ボス部 出願人 株式会社神戸l+1!鋼所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (+)肉厚3.0 mm以下、外径30+nm以下のA
    l管に配管用環状部材を対設してAl管の円周方向に隅
    肉溶接を行々う方法であって、前記配管用環状部材の隅
    肉溶接施工面に周方向に沿ってボス部を形成しておくと
    共に、該ボス部に沿いながら溶加棒を使わない直流正極
    性TIG溶接法を適用して前記ボス部をAl管に融着さ
    せることを特徴とするAl管の円周方向隅肉溶接方法。 (2、特許請求の範囲第1項において、0.5〜50H
    zのパルス電流を用いて行なうAl管の円周方向隅肉溶
    接方法。 (3)特許請求の範囲第1又は2項において、シールド
    ガス組成を、H−e:25%以上として溶接するAl管
    の円周方向隅肉溶接方法。 (4)特許請求の範囲第1,2又は3項において、先シ
    ;14形状を鋭角にしたW電極を用いて溶接するAt管
    の円周方向隅肉溶接方法。
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