説明

嵌込み溶接方法

【課題】クランプ治具を用いることなく、又全周溶接による多層溶接を可能とした嵌込み溶接方法を提供し、作業性を向上すると共に溶接品質の向上を図る。
【解決手段】被溶接体1に孔3を穿設し、該孔に溶接物2を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先8が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は厚板に円板、或は円柱体を嵌込み溶接する場合の嵌込み溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
厚板に円板、円柱体を溶接する方法の1つに、被溶接体である厚板に円孔を穿設し、該円孔に溶接物を嵌込み、溶接物の全周を多層溶接する嵌込み溶接方法がある。
【0003】
図4に於いて、従来の嵌込み溶接方法について説明する。
【0004】
図4(A)中、1は被溶接体、2は溶接物を示し、図示では前記被溶接体1は厚板材、前記溶接物2は円柱体を示している。
【0005】
図4(B)に示される様に、前記被溶接体1には前記溶接物2の嵌込み用の円孔3が穿設されている。該円孔3の内周面4が下端部(ルート部)を残して切削され、又前記内周面4の下端には凸段差部5が中心に向って突出形成されている。
【0006】
前記溶接物2の外周面6が下端部(ルート部)を残して切削され、又該外周面6の下端には該外周面6より後退する様形成された凹段差部7が形成されている。
【0007】
前記溶接物2を前記被溶接体1に嵌込んだ状態では、前記溶接物2との間には開先8が形成され、前記凸段差部5と前記凹段差部7の嵌合により、前記溶接物2が前記凸段差部5に載置された状態となり、前記溶接物2の上下方向の位置が決定される。
【0008】
又、前記溶接物2を前記円孔3に嵌込む為に、前記内周面4の内径D1 は前記溶接物2の外径D2 より大きくなっており、図4(B)に示される様に、ルートギャップGが発生する。
【0009】
ルートギャップGが存在する状態で全周溶接した場合、溶接部位の移動により、溶接済みの溶融金属が凝固し、凝固時の熱収縮により、前記溶接物2が径方向に引寄せられ、反対側の未溶接部のルートギャップGが更に拡大する。或は、前記溶接物2が傾き、前記開先8の底面に段差が生じてしまう。ルートギャップGが大きくなりすぎると、開先断面積が全周で一定でなくなる。或は開先底面に段差が生じると、ルート割れの要因となる等溶接品質に悪影響を及す。
【0010】
更に、前記溶接物2が軸等の長尺物であり、前記凸段差部5の内周面と前記凹段差部7外周面が突当った状態で、溶接部の熱収縮が起ると、前記溶接物2の軸心が傾斜するという問題がある。
【0011】
この為、前記被溶接体1と前記溶接物2間をクランプ治具により拘束し、前記溶接物2の移動を機械的に拘束する。或は、複数箇所を、仮溶接して変位の発生を抑止し、或は全周を複数に分割して溶接の熱収縮を相殺する様に溶接を行う等方法が用いられている。
【0012】
然し乍ら、前者では、大掛りなクランプ治具を必要とし、クランプ治具を設置する空間を必要とする等、作業性が悪い、又実施するには制限があるという問題があった。
【0013】
更に、後者では、溶接を複数回に分けて実施する必要があり、特に多層溶接を行う場合には作業性に問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】特開昭63−26266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は斯かる実情に鑑み、クランプ治具を用いることなく、又全周溶接による多層溶接を可能とした嵌込み溶接方法を提供し、作業性を向上すると共に溶接品質の向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は、被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接する嵌込み溶接方法に係るものである。
【0017】
又本発明は、前記溶接物側のルート部の外周面には凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には凹部が形成され、前記凸部と前記凹部が嵌合して前記溶接物の軸心方向の変位を拘束する嵌込み溶接方法に係るものである。
【0018】
又本発明は、前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝であり、又前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合する嵌込み溶接方法に係るものである。
【0019】
又本発明は、前記溶接物側のルート部下端には凹段差部が形成され、前記被溶接体側のルート部には凸段差部が形成され、前記溶接物は前記凸段差部に載置され、両ルート部間には間隙が形成される嵌込み溶接方法に係るものである。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接するので、クランプ等の治具を用いることなく溶接部の熱収縮による溶接物の偏りをなくすことができ、効率よく全周溶接を行うことができる。
【0021】
又本発明によれば、前記溶接物側のルート部の外周面には凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には凹部が形成され、前記凸部と前記凹部が嵌合して前記溶接物の軸心方向の変位を拘束するので、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする。
【0022】
又本発明によれば、前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝であるので、又前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合するので、簡単な形状で低コストで、溶接物の上下方向の変位が抑制でき、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする。
【0023】
又本発明によれば、前記溶接物側のルート部下端には凹段差部が形成され、前記被溶接体側のルート部には凸段差部が形成され、前記溶接物は前記凸段差部に載置され、両ルート部間には間隙が形成されるので、溶接物の被溶接体への設置が容易になると共に前記凸段差部と前記凹段差部間に間隙が形成されることで、溶接物の傾き、浮き上がりが防止でき、高品質の溶接を可能とする等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第1の実施例を示し、図1(A)は本発明が実施される嵌込み溶接の概略説明図であり、図1(B)は図1(A)のA部詳細図であり、開先部を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係り、開先部を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例に係り、開先部を示す断面図である。
【図4】従来例を示し、図4(A)は嵌込み溶接の概略説明図であり、図4(B)は図4(A)のB部詳細図であり、開先部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0026】
図1に於いて、本発明の第1の実施例を説明する。尚、図1中、図4中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【0027】
被溶接体1に円孔3が穿設され、該円孔3の内周面4は下端部(ルート部)が残置される様切削され、更に前記内周面4の下端に凸段差部5が突出形成される。
【0028】
前記溶接物2の外周面6が下端部(ルート部)を残して切削され、又該外周面6の下端には該外周面6より後退する様形成された凹段差部7が形成される。
【0029】
前記外周面6の外径D2 は前記円孔3の内径D1 より所定量大きく製作され、前記溶接物2を前記円孔3に嵌込む場合は、前記溶接物2を冷却するか、前記被溶接体1を加熱するか、或は該被溶接体1を加熱しつつ、前記溶接物2を冷却する。
【0030】
該溶接物2の熱収縮、或は前記被溶接体1の熱膨張により、前記溶接物2の前記円孔3への挿入が可能となる。尚、(外径D2 −内径D1 )=pの値は0.25mm程度が好ましい。
【0031】
前記溶接物2を前記円孔3に嵌入し、前記溶接物2を前記凸段差部5に突当てた状態とする。嵌入後、前記被溶接体1、前記溶接物2が常温に復帰することで、ルート部が圧着する。即ち、前記内周面4と前記外周面6とは歪みを残置した状態で圧接し、前記溶接物2と前記円孔3とは締り嵌め(焼嵌め又は冷嵌め)となる。図1(B)中のDは、自由状態の外周面6と締り嵌め状態の外周面6との差、即ち圧縮変形量を示している。又、この状態で、前記凸段差部5の内周面と前記凹段差部7の外周面との間には所要の間隙Cが形成される様にする。
【0032】
次に、開先8の底面に対してアークを発生させ、前記被溶接体1、前記溶接物2を溶融すると共に溶融池に溶接金属を供給して溶接し、又前記溶接物2の全周に亘って連続溶接を行う。更に、前記開先8が完全に溶接金属で充填され所要の盛上がりが得られる様、多層溶接が行われる。
【0033】
溶接が実行される際、前記溶接物2と前記円孔3との間には間隙がなく、前記溶接物2の径方向は前記円孔3に拘束されており、前記溶接物2の上下方向は、締り嵌めの嵌合力で拘束されている。従って、前記溶接物2は前記被溶接体1によって姿勢が保持されており、溶接部に熱収縮が生じた場合も、径方向に変位することはなく、溶接部の収縮により、溶接部の反対側が浮上がることもない。
【0034】
図2は、本発明の第2の実施例を示している。図2中、図1中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【0035】
第2の実施例では、溶接部の熱収縮による、溶接部反対側の浮上がりを更に効果的に抑制する様にしたものである。
【0036】
外周面6の外径D2 は円孔3の内径D1 より所定量大きく製作される。溶接物2の外周面6の下部に大径部6aを形成し、前記外周面6を段付き形状とする。又、内周面4の下部に溝4aを形成し、該溝4aを前記大径部6aと同幅とし、又凹み量を前記大径部6aの突出量に等しく、或は略等しくし、前記大径部6aが前記溝4aに嵌合する様にする。
【0037】
前記溶接物2を冷却するか、前記被溶接体1を加熱するか、或は該被溶接体1を加熱しつつ、前記溶接物2を冷却し、該溶接物2を前記円孔3に嵌入する。
【0038】
凹段差部7の下面を凸段差部5の上面に突当て、常温に復帰させると、前記溶接物2と前記円孔3とは締り嵌めとなり、径方向の変位が拘束される。更に、前記大径部6aが前記溝4aに嵌合し、前記溶接物2は前記円孔3に対して軸心方向の変位が機械的に拘束される。而して、前記溶接物2は径方向、軸心方向共に変位が拘束される。
【0039】
開先8を溶接金属で充填する様、全周連続溶接を実施した場合も、前記溶接物2は前記被溶接体1に対して径方向、軸心方向の変位が拘束されているので、溶接部の熱収縮による溶接物2の偏り、浮上がり、傾きは発生しない。
【0040】
尚、第2の実施例に於いても(外径D2 −内径D1 )=pの値は0.25mm程度が好ましい。
【0041】
図3は、本発明の第3の実施例を示している。図3中、図1中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【0042】
第3の実施例では、前記内周面4を下方に向って径が拡大する凹テーパ面4b(凹部)、前記外周面6を下方に向って径が拡大する凸テーパ面6b(凸部)とし、溶接物2を円孔3に焼嵌め又は冷嵌めすることで、前記凹テーパ面4bと前記凸テーパ面6bが契合する構成とする。
【0043】
前記溶接物2は凸段差部5に突当てられ、更に前記凹テーパ面4bと前記凸テーパ面6bとの契合により、前記溶接物2の上方(抜け方向)及び下方への変位が拘束される。即ち、前記溶接物2は前記被溶接体1に対して径方向、軸心方向の変位が拘束される。
【0044】
尚、前記溝4bと前記大径部6bとの嵌合長をHとするとテーパ角度α=tan-1[(D3 −D1 )/2H]は5.5度〜6度が好ましい。
【0045】
従って、第3の実施例に於いても、前記溶接物2の偏り、浮上がり、傾きを発生させることなく、全周連続溶接が可能となる。
【0046】
尚、第2、第3の実施例に於いて、前記被溶接体1、前記溶接物2が定盤等に載置されて溶接が行われ、前記定盤により、前記被溶接体1、前記溶接物2の上下位置関係が決定される場合は、前記凸段差部5、前記凹段差部7を形成することを省略してもよい。
【符号の説明】
【0047】
1 被溶接体
2 溶接物
3 円孔
4 内周面
4a 溝
4b 凹テーパ面
5 凸段差部
6 外周面
6a 大径部
6b 凸テーパ面
7 凹段差部
8 開先

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被溶接体に孔を穿設し、該孔に溶接物を嵌入して全周溶接する嵌込み溶接方法に於いて、前記被溶接体と前記溶接物間に開先が形成され、前記溶接物は前記開先のルート部が締り嵌め状態となる様に前記孔に嵌入され、前記溶接物が前記孔に拘束された状態で前記開先を多層溶接することを特徴とする嵌込み溶接方法。
【請求項2】
前記溶接物側のルート部の外周面には凸部が形成され、前記被溶接体側のルート部の内周面には凹部が形成され、前記凸部と前記凹部が嵌合して前記溶接物の軸心方向の変位を拘束する請求項1の嵌込み溶接方法。
【請求項3】
前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面に形成された大径部であり、前記凹部は前記被溶接体側のルート部の内周面に形成され、前記大径部が嵌合する溝である請求項2の嵌込み溶接方法。
【請求項4】
前記凸部は、前記溶接物側のルート部の外周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記凹部は内周面が下方に向って大径となるテーパであり、前記外周面と前記内周面が契合する請求項2の嵌込み溶接方法。
【請求項5】
前記溶接物側のルート部下端には凹段差部が形成され、前記被溶接体側のルート部には凸段差部が形成され、前記溶接物は前記凸段差部に載置され、両ルート部間には間隙が形成される請求項1〜請求項4のいずれかの嵌込み溶接方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−25250(P2011−25250A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−170314(P2009−170314)
【出願日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】