JPS5944149B2 - 二元加熱高速溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被溶接材の開先面間に電極と被溶接材に通電す
る溶接材加熱手段と誘導コイルに通電する開先面加熱手
段とを介在せしめて加熱する二元加熱高速溶接法に関す
るものである。

従来のエレクトロスラグ溶接法は電極となる心線とフラ
ックスを開先面間の間隙に挿入し、通電による心線およ
び溶融スラグの抵抗発熱を利用し、開先面間において溶
接材を溶融せしめて溶融金属のプールをつくり、この溶
融金属が流出しないように前記間隙の側面に当て板を施
し、前記プールを冷却せしめつゝ、当て板等を徐々に上
方へ移動して、連続溶接を行うものである。

従つて従来のエレクトロスラグ溶接においては次のよう
な問題がある。

（１）入熱が非常に大きく、脆化する。

この入熱は板厚２５ｎ程度で３０〜４０万ジュール１ｃ
ｍが必要で、他のＭＩＧ、ＴＩＧ溶接に比較すると、２
〜３に相当する。

従つて被溶接材が熱処理された材料である場合は被溶接
材の暁きが戻り、冶金学的には結晶粒度が粗大化して脆
化する。従つて現在では溶接後の熱処理が可能なボイラ
ー等の溶接には応用されるが、造船の溶接法としては不
向きである。（２）開先面間の間隙を小さくできない。

開先面間の間隙は今日の技術では２０〜２８ｍ１種度以
下にすることはできない。

若し２０ｍｍ以下にすると溶融スラグ浴の体積が小さく
熱量不足のため被溶接材との融合が充分にできないため
に融合不良などの欠陥が生じ易い。（３）溶接速度が制
限される。

現在エレクトロスラグ溶接の溶接速度は板厚によつて異
るが、板厚が２５ｍ翼の場合には約５０十ｖ鈷１ｎ程度
である。

この溶接速度は前記（１）．（２）の熱量に関係し、こ
れ以上の上昇は困難である。上記のエレクトロスラグ溶
接法のスラグの代りにシールドガスを用いたシールドガ
スアーク溶接法においても上記と同様に共通の問題があ
る。

従来のエレクトロスラグ溶接法は厚板の縦継手や円周溶
接のほか、巨大な重機械の大型部品の溶接にも利用でき
る利点があるが、前記のように入熱が大きく、開先面間
の間隙を２０ｍ７７！以下にできないという問題があり
、ガスシールド溶接法においても同様である。本発明は
この点に鑑み、特に開先面における溶融界面に着目し、
「溶融金属の熱により被溶接材の開先面を溶融される温
度以上に急速先行加熱をしつ！、電極と被溶接材に通電
する溶接材加熱手段によつて加熱されるエレクトロスラ
グ溶接またはガスシールド溶接を行う」という思想に基
いて開発した溶接法である。

本発明の構成を実施例について図面に基いて説明する。

実施例 １ 本例は厚板の縦継手についてエレクトロスラグ溶接に開
先面先行急速加熱を併用して行う二元加熱溶接法に関す
るものである。

（第１図〜第４図参照）１，１は上下方向に延びる互い
に平行な相対する開先面６，６をもつ被溶接材、２は溶
融スラグ、３は心線（消粍電極）、４および５は水冷銅
壁であつてこれ等は従来のエレクトロスラグ溶接と同様
に配設される。開先面６，６の間隙７には第４図に示す
ような管１１を扁平に巻回して該管に通水する冷却形の
高周波誘導コイル８を挿入する。この溶接法は、被溶接
材１、溶融スラグ２Ｊ溶接棒３に通電する点については
従来のエレクトロスラグ溶接と同じであるが、更に、高
周波誘導コイル８に高周波電流を流し、開先面６，６附
近を誘導加熱するものである。

この誘導加熱によつて開先面６，６およびその近傍はプ
ール９の溶融金属によつて溶融する適温に上昇せしめら
れる。水冷銅壁４，５、高周波誘導コイル８はプール９
の溶融金属が凝固する速度に応じた速度で上昇せしめる
。心線３は従来のエレクトロスラグ溶接と同様に溝の方
向に往復運動せしめる。また、心線３の数は必要によつ
て増加する。１０は凝固した溶接金属である。

高周波誘導コイル８に適用する高周波電流の一実施例を
述べると、周波数が５０ＫＨｚ、その熱流が０．５ＫＷ
／Ｃｄのものを用い、被溶接材の開先面６，６の浸透深
さを０．２ｃｍとした場合、加熱時間が２秒で該開先面
６，６の表面温度が１０００℃になる。

被溶接材１の板厚が２５７ｆＬｍの場合、間隙７を１０
ｍｍとし、心線３を２本とし、総電流を８００アンペア
とした場合、溶接速度は３０ｃｒｎ／Ｍｉｎが可能であ
る。上記心線３について、さらに説明すれば、この心線
３は電極と溶接材とを兼ねていて、心線３と溶融スラグ
２を流れる電流の抵抗発熱によつて自身が溶けて溶融金
属となる金属電極棒である。

すなわち、この場合、溶接材は心線３であり、フラツク
スに鉄粉や合金添加剤を加えると、このフラツクスも溶
接材の一部となる。なお、上記実施例における心線は消
耗しない非溶極式電極に変更することも勿論可能である
。

この非溶極式電極の場合、タングステン棒などの実質的
に消耗しない電極によりアークを発生させ、このアーク
部分に溶接材としての心線を上方より供給して溶かし、
開先面間に充填させていく。実施例 ２本例は厚板の縦
継手についてガスシールドアーク溶接に開先面先行急速
加熱を併用して行う二元加熱溶接法に関するものである
。

（第５図）本例装置は実施例１の装置に対して、スラグ
２を用いないで、シールドガスを用いる点が異るほかは
大差がない。開先面間隙に電極１３の上部までシールド
ガス（アルゴンガス、ヘリウムガスまたは両者の混合ガ
ス）をガス管１４より通気して不活性ガスの雰囲気をつ
くり、この雰囲気中で溶接金属１０との間にアーク１５
を発生せしめ、その放電発熱によつて溶接材を溶融せし
めて溶融金属９をつくる。その他の点については実施例
１と同様である。本発明は上記のようにエレクトロスラ
グ溶接法またはガスシールド溶接法における開先面間隙
に別の高周波誘導コイルに通電する開先面加熱手段を介
入せしめ、電極および溶融スラグの抵抗加熱または電極
と溶接材間のアーク加熱と同時に開先面の表面部をも加
熱する溶接方法であるから、この表面部は溶接材を溶融
してできたプールの溶融金属によつて極めて短時間に溶
融して融接が完全に行われる。

従つて本発明方法によれば、第６図に示すように、被溶
接材Ａａの開先面Ｂａの近傍においては従来のエレクト
ロスラグ溶接またはガスシールドガス溶接の被溶接材Ａ
ｂの開先面Ｂｂの近傍と比較すると被溶接材の溶融部は
Ｃｂに対してＣａ，熱影響部はＤｂに対してＤａの如く
非常に狭めることができる。また、温度分布においても
本発明方法によればＴａの如く開先面を中心に急上昇し
ているのに対して、従来のエレクトロスラグ溶接等にお
いてはＴｂの如く開先面の外側に広がり、その入熱は非
常に少いものである。上述のことから、本発明方法は従
来法と比較すると入熱が非常に小さくなるから被溶接材
の脆化を顕著に減少せしめることができる。また、開先
面間の間隙を加熱手段を挿入するに必要な巾が１０鼎で
あれば、その巾まで狭めることができ、そのために融合
不良部が生ずることもない。更に溶接速度は従来法に比
較して格段と上昇せしめることができる。従つて従来は
熱処理された材料でエレクトロスラグ溶接等が不向きで
あつたものに対しても実施可能であり、特に造船におけ
る溶接において利用が可能であり、大型母材の場合の省
エネルギー効果も著大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を例示し、第１図は実施例１の
溶接状態における開先部の縦断面を表わした斜視図、第
２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図の状態
の平面図、第４図は高周波誘導コイルの側面図、第５図
は実施例２について実施例１の第２図に対応する図、第
６図は温度分布図である。 １・・・・・・被溶接材、２・・・・・・溶融スラグ、
３・・・・・・心線、４・・・・・・水冷銅壁、５・・
・・・・同左、６・・・・・・溶接端面、７・・・・・
・間隙、８・・・・・・高周波誘導コイル、９・・・・
・・溶融金属のプール、１０・・・・・・溶接材、１１
・・・・・・管、１２・・・・・・通水、１３・・・・
・・電極、１４・・・・・・シールドガス管、１５・・
・・・・アーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接材の上下方向に延びる互いに平行な相対する
   開先面間に、溶融金属を生成する溶接材と、電極と、誘
   導コイルとを介在せしめ、前記被溶接材の開先部分側面
   に当て板を設け、電極と被溶接材間の通電による抵抗発
   熱もしくは放電発熱によつて溶接材を溶融せしめると同
   時に、前記誘導コイルに高周波電流を通じて開先面を急
   速先行加熱しつつ、当て板、電極、誘導コイル等を上方
   に移動せしめることを特徴とする二元加熱高速溶接法。