Ｉ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物
【課題】
溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部を備えたＩ型溶接継手、及びその溶接方法を提供する。
【解決手段】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、同じ板厚同士の部材の側面を突合せたＩ型継手部を、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いながら、非消耗電極方式の第１のアーク溶接により、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給し、表裏両側から溶接する溶接方法において、溶接継手部の表側もしくは外側より、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後にＩ型継手部の裏側又は内側から板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させる第２のアーク溶接を遂行し、第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部を備えたＩ型溶接継手、及びその溶接方法を提供する。
【解決手段】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、同じ板厚同士の部材の側面を突合せたＩ型継手部を、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いながら、非消耗電極方式の第１のアーク溶接により、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給し、表裏両側から溶接する溶接方法において、溶接継手部の表側もしくは外側より、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後にＩ型継手部の裏側又は内側から板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させる第２のアーク溶接を遂行し、第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなる部材の側面同士を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接するＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶け込みの深い溶接が可能な溶け込み促進剤（又はフラックス剤）や溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ、また、このフラックス剤やフラックス入りワイヤを用いた溶接方法や溶接継手が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の溶接方法，溶接継手では、ステンレス鋼母材表面に金属酸化物の粉末と溶媒とを混合してなる溶け込み促進剤を塗布した後にＴＩＧ溶接することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２に記載のＴＩＧ溶接用活性フラックス組成物では、Ｈｆを除く遷移金属IVａ属の酸化物もしくは純金属とＷを除く遷移金属VIａ属の酸化物との混合物からなり、該混合物中の酸素原子の割合が２４〜５０％、金属原子の割合が５０〜７６％であることが開示されている。
【０００５】
特許文献３に記載のＴＩＧ溶接方法では、ワイヤ全重量に対して金属酸化物を６質量％以上含有するフラックスを内包したフラックス入りワイヤを溶加材として使用し、溶融金属中に金属酸化物を１分当たり０.０５〜３ｇ供給しながら溶接することが開示されている。
【０００６】
特許文献４に記載のＴＩＧ溶接用ステンレス鋼溶加材方法では、オーステナイト系ステンレス鋼を外皮とし、ワイヤ全重量に対して、０.１〜１.６重量％の金属チタンと金属ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方を外皮又はフラックスに含有し、かつ、０.２〜１.４重量％の酸化チタンと酸化ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方、０.３〜２.８重量％の酸化クロムと酸化モリブデンとの何れか一方若しくは両方、０.０５〜０.３重量％の酸化ケイ素，０.１〜０.５重量％の酸化鉄，０.０１〜０.１重量％の金属弗化物によって主成分が構成されるスラグ剤をフラックス中に含有することが開示されている。
【０００７】
特許文献５に記載のＴＩＧ溶接用フラックス入りワイヤでは、フラックスがＳｉＯ2とＣｒ2Ｏ3とで構成され、これらの混合比率はＳｉＯ2が２０〜８０重量％、Ｃｒ2Ｏ3が２０〜８０重量％であり、このフラックスは、フラックス入りワイヤに５〜２５重量％の比率で充填されていることが開示されている。
【０００８】
特許文献６に記載のＴＩＧ溶接方法では、不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを第１のシールドガスの周辺側に被溶接物に向けて流し、溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ.ppmにすることが開示されている。
【０００９】
また、特許文献７に記載のＴＩＧ溶接方法では、管突合せ部外周にフィラーワイヤを添加しながらＴＩＧ溶接することが開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献８には、サブマージアーク溶接に促進剤（フラックス剤）を使用することが開示されている。複数の酸化物を含有した特定粒径のフラックス剤を供給しながらＸ型継手の表側と裏側の両面をサブマージアーク溶接することによって両面溶け込みの溶接部が得られる。大量のフラックス剤で覆われた中で溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接するものである。
【００１１】
特許文献９は、Ｉ型突合せ表面に溶け込み促進剤を塗布した後に表裏両面から溶接する溶接方法及びその溶接構造物について開示されており、溶け込み促進剤を塗布したＩ型突合せ継手部の表側と裏側の両面から遂行する非消耗電極方式のアーク溶接によって板厚中央部で融合し合った溶け込み形状の両面溶接部を形成することが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１０２８９０号公報
【特許文献２】特開２０００−７１０９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２１９２７４号公報
【特許文献４】特開２０００−３２６０９２号公報
【特許文献５】特開２００１−１１８３号公報
【特許文献６】特開２００４−２９８９６３号公報
【特許文献７】特開昭６１−２７３２５９号公報
【特許文献８】特開２００１−２３９３９４号公報
【特許文献９】特開２００６−２３１３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に開示された溶接方法では、溶け込み促進剤を塗布した継手母材の表面側からＴＩＧ溶接することによって裏面側まで溶融（裏ビード形成）することができるが、突合せ継手部にギャップがあったり、そのギャップが変化していたりすると、溶け込み促進剤塗布のＴＩＧ溶接によって裏面側に形成される裏ビードの形状が大きく変化したり、出過ぎて溶け落ちたりして溶接部の品質を悪化させる。
【００１４】
また、特許文献１に開示されている厚肉継手（板厚が６mmを越える継手）の溶接では、裏ビード形成の裏波溶接が困難になるため、継手上部に開先を設けて突合せ部の肉厚を薄くし、薄肉化された開先継手の底面部に溶け込み促進剤を塗布した後にＴＩＧ溶接して裏面側まで溶融（裏ビード形成）している。その後に、残りの開先部分を表側から数パス溶接している。このため、開先加工が必要になると共に、溶け込み促進剤の刷毛塗り作業に手間と多くの時間がかかる上に、塗布量の変化によって溶け込み深さが変化し易い。
【００１５】
さらに、２パス目の溶接時には、前層（１層目）の溶接時に加熱反応した溶け込み促進剤（金属酸化物のフラックス剤）の一部が溶接ビード表面に固着（スラブ固着）しているため、アーク溶接直下の溶融プールが開先幅方向に広がりにくく、溶融すべき開先両壁面まで溶けずに融合不良やポロシティが発生する可能性がある。
【００１６】
さらに、特許文献１では、片面からの裏波溶接，多パス溶接を行っているため、溶接変形が発生し易く、その溶接変形を除去する歪取り作業も必要になる。
【００１７】
また、特許文献２に開示された溶接方法は、母材表面側から片面溶け込み溶接をする場合に、複数の酸化物が混合されているフラックスを塗布した母材表面からＴＩＧ溶接することによって深い溶け込みや裏ビード形成の溶接断面を得るようにしている。しかしながら、特許文献１と同様に、フラックス（溶け込み促進剤）の刷毛塗り作業に手間と多くの時間がかかる上に、塗布量の変化によって溶け込み深さが変化し易いという問題がある。
【００１８】
特許文献３に開示された溶接方法では、金属酸化物を６質量％以上含有したフラックス入りワイヤを所定量供給しながら、Ｉ型突合せ継手の表面側からＴＩＧを使用する片面溶け込み溶接をすることによって深い溶け込み部を得るようにしている。特に、板厚９mmのＩ型突合せ継手を溶接試験した溶け込み深さの測定結果を示している。しかしながら、フラックス入りワイヤの送給量の増減や送給方向によって溶け込み深さやワイヤ溶融状態が大きく変化するという問題がある。
【００１９】
特許文献４及び特許文献５に開示された溶接方法では、母材表面側からの片面溶け込み溶接で、複数の金属酸化物が含有されているフラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接によって深い溶け込みや裏ビード形成の溶接断面を得るようにしている。しかしながら、特許文献３と同様に、フラックス入りワイヤの送給量の増減や送給方向によって溶け込み深さやワイヤ溶融状態が大きく変化するという問題がある。
【００２０】
特許文献６に開示された溶接方法では、酸化性ガス（Ｏ2ガスやＣＯ2ガス）と不活性ガス（Ａｒガス）との混合ガスをアーク溶接部分に流して溶け込み深さを増加するようにしている。また、平板上での片面溶け込み溶接の結果、第２シールドガスの酸素濃度若しくは二酸化炭素濃度と溶接金属部の溶け幅及び深さとの関係が開示されている。その際、フラックス入りワイヤやソリッドワイヤは使用されていない。
【００２１】
特許文献７に開示された溶接方法では、管突合せ部外周にフィラーワイヤを添加しながらＴＩＧ溶接することによって管突合せ部の内周側に形成すべき裏ビードを凸型形状に改善するようにしている。また、管外周から裏波形成溶接した片面溶け込みの結果として、フィラーワイヤの送給量と裏ビード高さとの関係が開示されている。その際、フラックス入りワイヤは使用されていない。
【００２２】
特許文献８に開示された溶接方法では、非消耗電極方式のアーク溶接については記載されていない。
【００２３】
特許文献９は、溶け込み促進剤（複数の金属酸化物混合のフラックス剤）の塗布後に溶接した溶融底部に微小なポロシティ（内部欠陥）が発生することがあり、また、溶け込み形状の曲りや片寄りによる溶け不足が発生することがあった。
【００２４】
さらに、改善のためにギャップ部分及びその近傍を溶融封止したり、溶け込み促進剤の塗布膜厚を２０μｍ以上とすると、上記溶融封止の作業追加，溶け込み促進剤の刷毛塗り作業の技量アップ及び時間増加が必要になるという新たな問題が生じる。
【００２５】
本発明は、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部及びその溶接金属部を備えたＩ型溶接継手を得るのに有効なＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、同じ板厚同士の部材の側面を突合せたＩ型継手部を、非消耗電極方式の第１のアーク溶接により、シールドガス供給手段より噴出する不活性ガスをシールドガスとして用い、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、表裏両側から溶接する溶接方法において、溶接継手部の表側もしくは外側より、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後にＩ型継手部の裏側又は内側から板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させる第２のアーク溶接を遂行し、第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００２７】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程と、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程と、を備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程と、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程と、を備えていることを特徴とする。
【００３１】
特に、前記Ｉ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にするとよい。
【００３２】
また、前記Ｉ型継手は、同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることもできる。
【００３３】
また、前記フラックス入りワイヤの内部に充填されているフラックス剤は、少なくともＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2の少なくともいずれかの酸化物が混合された粉末剤であり、前記アーク溶接部に送給されるフラックス入りワイヤの溶着量が１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、かつ、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であるとよい。
【００３４】
また、前記フラックス入りワイヤの代わりにソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、前記酸化性ガスの濃度を倍増させたシールドガスを使用することが望ましい。又は、前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接するとよい。
【００３５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部が表裏両側から溶接されたＩ型溶接継手であって、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にある。
【００３６】
また、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部が表裏両側から溶接されたＩ型溶接継手であって、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことを特徴とする。
【００３７】
特に、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にするとよい。
【００３８】
さらに、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって前記Ｉ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されているとすることもできる。
【００３９】
すなわち、本発明のＩ型継手の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４０】
前記非消耗電極方式のアーク溶接は、例えば、ＴＩＧアーク溶接であり、若しくはプラズマアーク溶接であってもよく、特殊な溶接設備を新たに導入する必要がなく、既存の溶接機を使用することができる。特に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤを前記アーク溶接（ＴＩＧアーク溶接、若しくはプラズマアーク溶接）部分に送給しながら溶接することにより、前記フラックス入りワイヤの内部に含有している複数の金属酸化物の加熱反応（例えば、溶融中の金属酸化物から酸素が解離し、その解離した酸素の多くが溶融プール内に溶解する化学反応）によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤの送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能である。また、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚や用途に応じて所定範囲の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。なお、前記フラックス入りワイヤに充填されているフラックス剤は、複数の金属酸化物であり、例えば、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2等の成分からなる酸化物の粉末である。溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤは、これら成分粉末の金属酸化物を適正比率で複数混合して充填した特殊なワイヤであり、アーク溶接中に発生する前記加熱反応によって溶け込み状態を促進するため、溶け込み深さが増加する作用及び効果を有しているものである。このような溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤは、脱酸剤や塩基性造滓剤入りの従来ワイヤ（フラックス入りワイヤ）とは成分及び作用が全く異なるものであり、溶け込み深さを促進する前記金属酸化物の粉末が充填されている特殊なワイヤであり、既に公知の市販品を使用すればよい。
【００４１】
継手部材の板厚Ｔは、４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、好ましくは６mm以上１２mm以下であるとよい。なお、板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、突合せ部にギャップがあったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表裏両側の溶け込み深さが板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、また、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表裏両側の溶け込み深さが板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップ（隙間）があったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００４２】
また、本発明の溶接方法では、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程により、溶接対象のＩ型継手を所定形状に確実に製作することができる。そして、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程により、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び深い溶け込み形状の第１の溶接金属部を得ることができる。その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４３】
また、本発明の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することにより、上述したように、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４４】
前記二重シールド供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ）の外側ノズルのノズル孔から数パーセントの酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスをアーク直下の溶融プール部分に流すと共に、溶け込み促進性の前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら前記アーク溶接を遂行すると、前記酸化性ガスから解離した酸素、さらに、前記フラックス入りワイヤから解離した酸素の両方が溶融プール内に多く溶解する。この酸素溶解によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。また、前記フラックス入りワイヤの代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、例えば、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。なお、このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤの送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能であり、また、前記酸化性ガスの含有量やそのガス流量の調整によっても調整可能である。さらに、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚や用途に応じて所定範囲の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。前記酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスは、公知の市販品を使用すればよい。
【００４５】
また、本発明の溶接方法では、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程とにより、溶接対象のＩ型継手を所定形状に確実に製作することができ、また、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い第１の溶接金属部を得ることができる。その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程により、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４６】
特に、前記Ｉ型継手は平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることにより、溶接線が長い円筒管長手方向のＩ型継手の両側溶接であっても、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、平板から円筒管の形状に曲げ成形、及び成形後の円筒管長手方向のＩ型継手部を両側溶接する一連のモノづくりによって、工期短縮、材料費及び製作費を大幅に削減することもできる。
【００４７】
また、前記Ｉ型継手は同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることにより、円筒管円周方向のＩ型継手の両側溶接であっても、上述したように、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００４８】
また、前記フラックス入りワイヤの内部に充填されているフラックス剤は、少なくともＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2からなる酸化物が混合された粉末剤であり、前記アーク溶接部に送給されるフラックス入りワイヤの溶着量は１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、好ましくは２ｇ／分以上５ｇ／分以下の範囲であり、前記フラックス入りワイヤを用いてＩ型継手の表裏両側から深い溶け込みのアーク溶接を遂行することによって、板厚中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００４９】
なお、フラックス入りワイヤの溶着量が１ｇ／分より少ないと、フラックス入りワイヤが溶融プール内へスムーズに入らすに不規則な溶着状態になると共に酸素の溶解量が過少な状態になるため、溶接ビードが不整な形状になると同時に、溶け込み深さが浅い形状になって特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ）まで溶けず、板厚中央部に溶け不足が発生することになるので好ましくない。一方、フラックス入りワイヤの溶着量が７ｇ／分より多いと、アークエネルギーがワイヤの溶融に消費されると共に酸素の溶解量が過大な状態になるため、溶け込み深さが浅い形状になると同時に、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が許容基準（例えば、２００ｗｔ.ppm以下）を超えると共に、溶接金属部の靭性強度が低下するので好ましくない。溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００５０】
また、前記フラックス入りワイヤの代わりにソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガスを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。
【００５１】
また、本発明のＩ型溶接継手では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００５２】
また、本発明のＩ型溶接継手では、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００５３】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、平板から円筒管の形状に成形及び両側溶接することによって材料費及び製作費を削減することもできる。
【００５４】
特に、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって前記Ｉ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【発明の効果】
【００５５】
上記構成によれば、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥がない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部を表裏両側に備えたＩ型溶接継手及びその溶接構造物を得ることができる。また、そのＩ型溶接継手を用いた溶接構造物を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本願発明は、表裏両面から溶接する両面溶け込み溶接に関する。上記特許文献１ないし７に記載された溶接方法では、表裏両面から溶接する両面溶け込み溶接について何ら考慮されていない。
【００５７】
Ｖ型やＸ型の開先加工を施さないＩ型突合せ継手のままで良く、表裏両側から溶接するフラックス入りワイヤを用いた深い溶け込みのアーク溶接によって溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部及びその溶接金属部を備えたＩ型溶接継手を得るのに有効なＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物を提供することは非常に有用である。
【００５８】
本願発明者らは、特許文献９の問題点の発生原因を調査した結果、塗布時に溶け込み促進剤の一部が継手部のギャップ内に入り込み、溶接時に溶融池内から浮上できずに溶融低部又はその近傍に閉じ込められて固着することが判明した。また、溶け込み促進剤の塗布膜厚が溶接左右方向に大きく変化していると、溶接時に溶融池が幅広及び溶け込みが浅くなると同時に膜厚の薄い側に片寄って曲ることが判明した。このため、有効な防止対策を種々検討した結果、上記ポロシティ発生防止に最も有効な対策は、溶け込み促進剤を塗布する以前に継手部の表面又は裏面又は表裏両面を溶融封止して、塗布時に溶け込み促進剤がギャップ内に入り込まないようにすることであり、塗布前に施工する前記溶融封止により、塗布部の溶接時に溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティが発生しないことを確認した。また、上記溶け不足防止に最も有効な対策は、前記溶け込み促進剤を継手部の溶接線方向に１回以上往復塗布して溶接線左右方向の膜厚を２０μｍ以上形成することであり、溶接部に片寄りや曲りのないほぼ左右対称形状の深い溶け込みが形成することを確認した。
【００５９】
このように、特許文献９では、溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティの発生防止及び溶け不足防止が必要であり、溶け込み促進剤を塗布する前にギャップ部分及びその近傍を溶融封止すると共に、溶融封止後の継手表面に溶け込み促進剤を塗布する時の塗布膜厚を２０μｍ以上形成するように改善した。このため、上記溶融封止の作業追加、溶け込み促進剤の刷毛塗り作業の技量アップ及び時間増加が必要になるという新たな問題が生じた。
【００６０】
そこで、上記溶け込み促進剤を使用しないで、深い溶け込みを得るための有効な溶接方法を再検討した。溶接対象製品は、例えば、突合せ継手部にギャップや段差があったりなかったりする長尺（例えば、ステンレス鋼材、長さ２０００mm以上，管外径５００mm以上）の製缶部材であり、長手方向の継手（溶接線）と周方向の継手（溶接線）を各々溶接して溶接欠陥が全くない品質良好な溶接部を確実に得ることである。同時に、作業工数の削減，溶接変形の低減，生産性向上及びコスト低減が可能であることが求められている。これらを満足する有効な溶接方法を再検討した結果、（１）１パス貫通溶接が可能なレーザ溶接は、突合せ継手部にギャップや段差があったりなかったりする長尺の製缶部材に対しては均一な溶接ビート形成の溶接が難しいので、適用困難と判断した。（２）従来のＴＩＧ溶接は、溶け込みが浅いため、開先加工を必要とするＶ型開先継手若しくはＸ型開先継手になると共に、多パス溶接が必要であり、作業工数の増加，溶接変形の増加に伴う歪取り作業の増加が生じるので、適用困難と判断した。（３）溶け込み促進性のフラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接は、従来ＴＩＧ溶接の溶け込みと比べて２〜３倍深い溶け込みが得られそうなので、独自に溶接試験を行って両面溶接の適用性を検討した。
【００６１】
フラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接の溶け込み試験を行って独自調査した結果、（１）使用する母材（例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ）の板厚（例えば４〜１６mm）及び溶接電流の大きさによって溶け込み深さが大きく変化すること、（２）板厚に適した溶け込み深さを確保するために必要となる適正な溶接電流（又は溶接入熱量）があること、などの新たな知見が得ることができた。
【００６２】
本発明の対象は、板形状，円筒形状などで構成され、板厚がほぼ同一のステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材を突合せて溶接したＩ型継手である。特に、板厚は４〜１６mmのものを対象とする。溶接には、非消耗電極方式のアーク溶接を用い、表面及び裏面（もしくは外面及び内面）よりそれぞれ溶接する。アーク溶接には、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤなどのワイヤを用いる。また、溶接中は不活性ガスなどのシールドガスを使用する。一方の面からの溶接で、板厚の１／２〜４／５（５０〜８０％厚さ）を溶接し、その後反対側よりの溶接で同様に板厚の１／２〜４／５（５０〜８０％厚さ）を溶接する。従って、少なくとも一部は両面からの溶接金属部が内部で融合することとなる。
【００６３】
以下、本発明の内容について、図１〜図７の実施例を用いて具体的に説明する。
【００６４】
図１は、本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。図２は、平板から円筒管を曲げ成形して円筒管の長手方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。また、図３は、円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【００６５】
すなわち、最初の第１工程２１では、図１（１）に示すように、部材１，２の側面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手を製作する。平板同士又は円筒管同士を突合せたＩ型継手、若しくは平板から円筒管の形状に曲げ成形して円筒管長手方向の端面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手である。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施していない端面同士を突合せた単純なＩ型継手であり、開先加工の費用をなくすことができる。表裏両側から溶接する必要があるＩ型継手の突合せ部３には、ギャップＧ（隙間）が殆んどない状態に設定し、あるいは、ギャップＧがあったりしても１mm以下に設定するとよい。また、上下の段差ｂ（目違いとも称す）も殆どない状態又はあっても１mm以下に設定するとよい。
【００６６】
長尺の円筒管は、図２に示すように、平板から円筒管の形状にロール曲げ成形し、円筒管長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ字状に構成することによってＩ型継手を確実に製作することができる。円筒管長手方向のＩ型継手部３には、ギャップＧのない状態が好ましいが、１mm以下のギャップＧや段差ｂがあったりなかったりする状態であってもよい。突合せ精度を緩和することによって、継手合わせの作業が容易なるので作業時間を大幅に短縮することができる。円筒管円周方向のＩ型継手については、図３に示すように、２本の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ字状に構成することによってＩ型継手を確実に製作することができる。このように構成された開先なしのＩ型継手部を表裏両側から溶け込みの深い溶接を遂行するようにしている。特に、平板から円筒管の形状に曲げ成形、及び曲げ成形後の円筒管長手方向のＩ型継手部３を両側溶接する一連のモノづくりによって、工期短縮，材料費及び製作費を大幅に削減することもできる。
【００６７】
溶接対象のＩ型継手は、図１の（１）と図２及び図３に示したように、原子力機器又は火力機器などに組み込まれる溶接構造物の一つである。ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなり、部材１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの板厚Ｔ範囲は、４≦Ｔ≦１６mmである。例えば、円筒管の長さが最小２０００mmから最大６０００mm、円筒管の内径が最小５００mmから最大２０００mmまでの大きさ有する耐食性のオーステナイト系ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１０系，ＳＵＳ３１６系等）からなる大型構造物である。両側溶接された後の円筒管の溶接構造物は、例えば、原子力機器又は火力機器などに組み込まれ、かつ、管内の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されて長期間使用するものである。
【００６８】
次の第２工程２２では、図１の（２）に示すように、ノズル９の内周に不活性ガス（例えば、純ＡｒガスやＨｅガス、又はＡｒとＨｅとの混合ガス）のシールドガス９ｂを流すシールド構造の溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３に遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ１≦０.８＊Ｔ）まで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成させる。これにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び深い溶け込み形状の第１の溶接金属部を得ることができる。
【００６９】
前記非消耗電極方式のアーク溶接は、例えば、ＴＩＧアーク溶接であり、若しくはプラズマアーク溶接であってもよく、スパッタ（溶融金属の飛散）の発生が全くなく、対流型（及び熱伝導型）の溶け込み形状であり、フラックス剤を塗布しないでも、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の使用によって、深い溶け込みが得られる。また、特殊な溶接設備を新たに導入する必要がなく、既存の溶接機を使用することができる。特に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接（ＴＩＧアーク溶接、若しくはプラズマアーク溶接）部分に送給しながらアーク溶接することにより、前記フラックス入りワイヤ４の内部に含有されている複数の金属酸化物の加熱反応（例えば、溶融中の金属酸化物から酸素が解離し、その解離した酸素の多くが溶融プール内に溶解する化学反応）によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、部材板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能である。また、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚Ｔや用途に応じて所定範囲（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。なお、前記フラックス入りワイヤ４に充填されているフラックス剤は、複数の金属酸化物であり、例えば、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2等の成分からなる酸化物の粉末である。溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、これら成分粉末の酸化物を適正比率で複数混合して充填した特殊なワイヤであり、アーク溶接中に発生する前記加熱反応によって溶け込み状態を促進するため、溶け込み深さが増加する作用及び効果を有しているものである。このような溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、脱酸剤や塩基性造滓剤入りの従来ワイヤ（フラックス入りワイヤ）とは成分及び作用が全く異なるものであり、溶け込み深さを促進する前記金属酸化物の粉末が充填されている特殊なワイヤであり、既に公知の市販品を使用すればよい。
【００７０】
また、非消耗性の電極５は、溶接トーチ１１の先端に設けられるタングステン電極であり、例えば、高融点材のＬａ2Ｏ3入りＷ，Ｙ2Ｏ3入りＷ，ＴｈＯ2入りＷなど、市販品の電極棒を使用すればよい。また、アーク６溶接部分及び電極５を保護するシールドガス９ｂは、ノズル９ａの内周から流出させる不活性ガスであり、例えば、純ＡｒガスやＨｅガスであり、また、ＡｒとＨｅとの混合ガスも使用可能であり、市販品のガスボンベを使用すればよい。
【００７１】
継手部材の板厚Ｔは、４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、好ましくは６mm以上１２mm以下であるとよい。なお、板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、例えば、突合せ部に１mmを超える大きさのギャップ（隙間）があったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚Ｔ中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、さらに、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップがあったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００７２】
次の第３工程２３では、前記第１のアーク溶接の終了後に継手部材１，２を裏返し反転し、表側と反対側の残り継手部３ｂに第２のアーク溶接を行う。すなわち、図１の（３）に示すように、不活性ガスのシールドガス９ｂを流すシールド構造の溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を残りの前記Ｉ型継手部３ｂに遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側と反対側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ２≦０.８＊Ｔ）まで溶融させると共に、前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を形成させる。なお、前記溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）と同じ構造の他の溶接トーチ及び溶接機（２台目）を用いて前記第２のアーク溶接を遂行してもよく、溶接トーチ及び溶接機の取り付け取り外し作業を簡素化でき、また、溶接効率を高めることもできる。
【００７３】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。また、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。
【００７４】
また、本発明のＩ型継手の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段（溶接トーチ１１）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接をＩ型継手部の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７ｂの先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを形成することもできる。
【００７５】
特に、前記Ｉ型継手は平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、円筒管長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手にするとよい。
【００７６】
また、前記Ｉ型継手は同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３にすることもできる。
【００７７】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと前記第２の溶接金属部８ａが相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。また、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００７８】
溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、溶接進行方向の前方からアーク６溶接部分に送給、又は溶接進行方向の後方からアーク６溶接部分に送給することができる。特に、前記フラックス入りワイヤ４の先端部を溶融プールへ接触又は挿入させるように送給することにより、例えば、小電流から大電流まで広範囲の溶接電流（例えば１００Ａ〜３５０Ａ）を出力させる場合や低速送りの少量ワイヤの場合であっても、前記フラックス入りワイヤ４がアーク６直下の溶融プール７ａ内にスムーズに入り、大きな溶滴にならずに安定して溶融及び溶着させることができる。フラックス入りワイヤ４の溶着量は、１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、好ましくは２ｇ／分以上５ｇ／分以下の範囲である。前記フラックス入りワイヤ４を用いてＩ型継手の表裏両側から深い溶け込みのアーク溶接を遂行することによって、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。なお、フラックス入りワイヤ４の溶着量が１ｇ／分より少ないと、フラックス入りワイヤ４が溶融プール内へスムーズに入らすに不規則な溶着状態になると共に酸素の溶解量が過少な状態になるため、溶接ビードが不整な形状になると同時に、溶け込み深さが浅い形状になって特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ）まで溶けず、板厚Ｔ中央部に溶け不足が発生することになるので好ましくない。一方、フラックス入りワイヤ４の溶着量が７ｇ／分より多いと、アークエネルギーがワイヤの溶融に消費されると共に酸素の溶解量が過大な状態になるため、溶け込み深さＨ１，Ｈ２が浅い形状になると同時に、溶接金属部７ｂ，８ｂに含まれる酸素ガスの含有量が許容基準（例えば、２００ｗｔ.ppm以下）を超えると共に、溶接金属部の靭性強度が低下するので好ましくない。溶接金属部７ｂ，８ｂに含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部７ｂ，８ｂ及びそのＩ型溶接継手１３を得ることができる。
【００７９】
また、本発明のＩ型溶接継手では、図１（１）〜（４）に示したように、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。
【００８０】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００８１】
特に、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によってＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手１３の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【００８２】
図４は、本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる他の溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。図１との主な相違点は、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを流す二重シールド構造の溶接トーチ１２（二重シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式のアーク溶接を遂行するようにしたことである。Ｉ型継手の形状や溶接部分の溶け込み形状は、図１と略同じである。
【００８３】
すなわち、図４の（２）及び（３）に示すように、内管と外管とが同軸状に配設された二重シールド構造の溶接トーチ１２を使用し、外側ノズル１０ａのノズル孔から酸化性ガス（Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（ＡｒやＨｅ）とを混合したシールドガス１０ｂを流出させ、同時に、内側ノズル９ａのノズル孔から不活性ガス（ＡｒやＨｅ）のシールドガス９ｂを流出させる雰囲気内で、非消耗電極方式第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、継手部材１，２を裏返し反転した後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを形成する。
【００８４】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００８５】
前記二重シールド供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ１２）の外側ノズル１０ａのノズル孔から数パーセントの酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）とを混合したシールドガス１０ｂをアーク直下の溶融プール部分に流すと共に、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながらアーク溶接すると、前記酸化性ガスから解離した酸素、さらに、前記フラックス入りワイヤ４から解離した酸素の両方が溶融プール内に多く溶解する。この酸素溶解によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。また、前記フラックス入りワイヤの代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、例えば、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。なお、このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能であり、また、前記酸化性ガスの含有量やそのガス流量の調整によっても調整可能である。さらに、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚Ｔや用途に応じて所定範囲（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。前記酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスは、公知の市販品を使用すればよい。
【００８６】
最初の第１工程２１では、図４の（１）に示すように、部材１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの側面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手を製作する。平板同士又は円筒管同士を突合せたＩ型継手、若しくは平板から円筒管の形状に曲げ成形して円筒管長手方向の端面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手である。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施していない端面同士を突合せた単純なＩ型継手であり、開先加工の費用をなくすことができる。また、上述したように、表裏両側から溶接する必要があるＩ型継手の突合せ部３には、ギャップＧ（隙間）が殆んどない状態に設定し、あるいは、ギャップＧがあっても１mm以下設定するとよい。また、上下の段差ｂ（目違いとも称す）も殆どない状態又はあっても１mm以下に設定するとよい。ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなり、Ｉ型継手の板厚Ｔ範囲は、４≦Ｔ≦１６mmであり、好ましくは６≦Ｔ≦１２mmである。特に、耐食性の高いオーステナイト系ステンレス鋼材（例えば、ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１０系，ＳＵＳ３１６系）を使用するとよい。さらに、両側溶接された後の円筒管の溶接構造物は、原子力機器又は火力機器などに組み込まれ、かつ、管内の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されて長期間使用するものである。
【００８７】
次の第２工程２２では、図４の（２）に示すように、不活性ガスのシールドガス９ｂと酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂとを噴出させる二重シールドガス供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ１２）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接をＩ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａ、から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ１≦０.８＊Ｔ）まで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７を形成する。これにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い第１の溶接金属部７を得ることができる。
【００８８】
なお、上述したように、部材板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、例えば、突合せ部に１mmを超える大きさのギャップがあったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚Ｔ中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、さらに、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップがあったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００８９】
次の第３工程２３では、継手部材１，２を裏返し反転し、表側と反対側の残り継手部３に第２のアーク溶接を行う。すなわち、図４の（３）に示すように、前記二重シールド構造の溶接トーチ１２を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側と反対側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ2≦０.８＊Ｔ）まで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を形成させる。なお、前記二重シールド構造の溶接トーチ１２と同じ構造の他の溶接トーチ及び溶接機（２台目）を用いて前記第２のアーク溶接を遂行してもよく、溶接トーチ及び溶接機の取り付け取り外し作業を簡素化でき、また、溶接効率を高めることもできる。また、前記フラックス入りワイヤ４の代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、上述したように、酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。
【００９０】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。
【００９１】
また、本発明のＩ型溶接継手では、図４の（１）〜（４）に示したように、不活性ガスのシールドガス９ｂと酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。
【００９２】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００９３】
特に、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によってＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手１３の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【００９４】
図５は、図１に示される溶接方法を適用した時の両面溶接可否の溶接電流Ｉと裏側の溶け込み深さｈ２及びビード幅ｂ２の関係を示す実施例である。板厚Ｔが６，８.８，１１.６，１５.７mmからなる４種類（Ｔ＝６，８.８，１１.６，１５.７mm）の突合せ継手を用意し、何れもステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４Ｌ）を使用した。また、溶接速度を一定（６５mm／分）、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量を３〜５ｇ／分の範囲内にして、溶接電流Ｉを板厚別に変化させて溶接した。図５中に記載の×印点は、板厚Ｔ中央部分に未接合部があるもの、他の印点（丸，三角，四角，ひし形など）は、両側溶接によって相互に融合し合った溶け込み形状の良好なものである。なお、表側の溶け込み深さｈ１については、裏側溶接の溶け込みによって板厚中央部で融合し合うと、測定できない部分があり、裏側の溶け込み深さｈ２と概ね同程度であるので、ここには記載していない。
【００９５】
図５から明らかなように、ビード幅ｂ２は、何れの板厚Ｔも溶接電流Ｉの増加に伴って増加している。また、裏側の溶け込み深さｈ２も同様に、溶接電流Ｉの増加に伴って増加しているが、板厚Ｔが厚くなると熱引きが大きくなるため、溶け込む深さに限界があると考えられる。したがって、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと第２の溶接金属部８ｂが相互に融合し合った形状の溶接断面になるように、各種板厚に対応した適正な溶接電流Ｉや入熱量等の溶接条件を設定してアーク溶接を遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させるとよい。このように突合せＩ型継手の表側と裏側から両面溶接することにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと第２の溶接金属部８ｂが相互に融合し合った形状の溶接断面が確実に得られ、また、アンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥がない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができた。
【００９６】
図６は、図５に示した溶接結果から両面溶接が可能な板厚Ｔと適正な溶接電流Ｉ及び裏側の溶け込み深さｈ２の関係を示す実施例である。図６中の上下側には、板厚別の代表的な溶接断面写真を開示している。図６から明らかなように、板厚Ｔの大きさに対応した適正な溶接電流Ｉで溶接することによって、溶け込み深さｈ２が板厚の１／２を超える深さになるので板厚中央部に溶け不足が全くない溶け込み良好な溶接断面となる。両側溶接が可能な溶接電流Ｉは、例えば、板厚Ｔ＝６mmの時で約１５０Ａ、Ｔ＝８.８mmの時で約２３０Ａ、Ｔ＝１１.６mmの時で約２８０Ａ、Ｔ＝１５.７mmの時で約３８０Ａであり、各々の板厚中央部若しくはその近傍で融合し合った溶け込み形状の良好な溶接断面を得ることができ、また、このような両面溶け込みの溶接断面を備えたＴ型溶接継手を製造できることも確認できた。
【００９７】
図７は、図１に示される溶接方法を適用した時のフラックス入りワイヤの溶着量と溶け込み深さ及び溶金部のＯガス含有量の関係を示す実施例である。板厚Ｔが９.７mmのステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４Ｌ）を使用し、溶接速度を一定（６５mm／分）、溶接電流を２００〜２６０Ａの範囲内で変化、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量（０〜８.６ｇ／分）を変化させて溶接した。所定量の溶接金属部（溶金部）を採取し、溶解赤外線吸収法によって溶金部のＯガス含有量を分析測定した結果である。図７中には、使用板厚の１／２以上の溶け込み深さが確保されている領域のフラックス入りワイヤ４の溶着量範囲とＯガス含有量の最小値を記載している。
【００９８】
図７から明らかなように、フラックス入りワイヤの溶着量が０ｇ／分（ワイヤなし）の時には、溶金部のＯガス含有量が１７ｗｔ.ppmで少なく、母材部の値と比べて約半分の値であり、また、溶け込み深さが３mm以下で浅く、特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）に到達しておらず、溶け不足に至っている。フラックス入りワイヤの溶着量が０.６〜７.３ｇ／分の範囲内では、溶け込み深さが６.１〜７mmに深くなっており、特定深さに到達している。この時のＯガス含有量は、少しばらついているが、９０〜２５０ｗｔ.ppmの範囲である。フラックス入りワイヤの溶着量が前記範囲より多い時（例えば、８.６ｇ／分）には、溶け込み深さが３.４mmまで減少して特定深さに到達しておらず、溶け不足に至っている。Ｉ型継手の両側溶接では、表側及び裏側の各溶け込み深さを少なくとも板厚の１／２以上の深さにする必要があると共に、裏側まで溶け落ちさせないこと（最大でも板厚の４／５以下の溶け込み深さに止める）が重要である。したがって、板厚の１／２以上の溶け込み深さが確保できるフラックス入りワイヤの溶着量は、図７に示したように、０.６〜７.３ｇ／分の範囲内であり、小数点以下を切り捨てて１ｇ／分以上７ｇ／以下を適正範囲とした。また、上記溶け込み深さを有する溶金部に含有されたＯガス含有量は、９０〜２５０ｗｔ.ppmの範囲であるが、２００ｗｔ.ppmを超えると、溶金部の靭性強度が低下して好ましくないので切り捨てて、９０ｗｔ.ｐmm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲に限定した。
【００９９】
図１，図６及び図７に示したように、両側溶接すべきＩ型継手の板厚Ｔ（４≦Ｔ≦１６mmの範囲）に対応した適正な溶接電流で溶接を遂行すると同時に、アーク６溶接部分に送給されるフラックス入りワイヤ４の溶着量が１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲にすることにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲にすることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部７，８及びそのＩ型溶接継手１３を得ることができる。
【０１００】
以上述べたように、本発明のＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物によれば、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施さないＩ型突合せ継手のままで良く、表裏両側から溶接する深い溶け込みの第１のアーク溶接及び第２のアーク溶接によってＩ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【０１０１】
また、裏ビードを形成させていた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができ、さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】平板から円筒管を曲げ成形して円筒管の長手方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる他の溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。
【図５】図１に示される溶接方法を適用した時の両面溶接可否の溶接電流Ｉと裏側の溶け込み深さｈ２及びビード幅ｂ２の関係を示す実施例である。
【図６】図５に示した溶接結果から両面溶接が可能な板厚Ｔと適正な溶接電流Ｉ及び裏側の溶け込み深さｈ２の関係を示す実施例である。
【図７】図１に示される溶接方法を適用した時のフラックス入りワイヤの溶着量と溶け込み深さ及び溶金部の酸素ガス含有量の関係を示す実施例である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ，２ａ 継手部材の表面
１ｂ，２ｂ 継手部材の裏面
３ Ｉ型継手部
３ｂ 残り継手部
４ フラックス入りワイヤ
５ 非消耗性電極
６ アーク
７ａ，８ａ 溶融中の溶接金属部
７ｂ，８ｂ 凝固済みの溶接金属
９ａ 内側ノズル
９ｂ 不活性ガスのシールドガス
１０ａ 外側ノズル
１０ｂ 酸化性ガス入りシールドガス
１１ 溶接トーチ
１２ 二重シールド構造の溶接トーチ
１３ Ｉ型溶接継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなる部材の側面同士を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接するＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶け込みの深い溶接が可能な溶け込み促進剤（又はフラックス剤）や溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ、また、このフラックス剤やフラックス入りワイヤを用いた溶接方法や溶接継手が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の溶接方法，溶接継手では、ステンレス鋼母材表面に金属酸化物の粉末と溶媒とを混合してなる溶け込み促進剤を塗布した後にＴＩＧ溶接することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２に記載のＴＩＧ溶接用活性フラックス組成物では、Ｈｆを除く遷移金属IVａ属の酸化物もしくは純金属とＷを除く遷移金属VIａ属の酸化物との混合物からなり、該混合物中の酸素原子の割合が２４〜５０％、金属原子の割合が５０〜７６％であることが開示されている。
【０００５】
特許文献３に記載のＴＩＧ溶接方法では、ワイヤ全重量に対して金属酸化物を６質量％以上含有するフラックスを内包したフラックス入りワイヤを溶加材として使用し、溶融金属中に金属酸化物を１分当たり０.０５〜３ｇ供給しながら溶接することが開示されている。
【０００６】
特許文献４に記載のＴＩＧ溶接用ステンレス鋼溶加材方法では、オーステナイト系ステンレス鋼を外皮とし、ワイヤ全重量に対して、０.１〜１.６重量％の金属チタンと金属ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方を外皮又はフラックスに含有し、かつ、０.２〜１.４重量％の酸化チタンと酸化ジルコニウムとの何れか一方若しくは両方、０.３〜２.８重量％の酸化クロムと酸化モリブデンとの何れか一方若しくは両方、０.０５〜０.３重量％の酸化ケイ素，０.１〜０.５重量％の酸化鉄，０.０１〜０.１重量％の金属弗化物によって主成分が構成されるスラグ剤をフラックス中に含有することが開示されている。
【０００７】
特許文献５に記載のＴＩＧ溶接用フラックス入りワイヤでは、フラックスがＳｉＯ2とＣｒ2Ｏ3とで構成され、これらの混合比率はＳｉＯ2が２０〜８０重量％、Ｃｒ2Ｏ3が２０〜８０重量％であり、このフラックスは、フラックス入りワイヤに５〜２５重量％の比率で充填されていることが開示されている。
【０００８】
特許文献６に記載のＴＩＧ溶接方法では、不活性ガスからなる第１のシールドガスを、電極を囲むように被溶接物に向けて流すとともに、酸化性ガスを含む第２のシールドガスを第１のシールドガスの周辺側に被溶接物に向けて流し、溶接金属部の酸素濃度を７０〜２２０ｗｔ.ppmにすることが開示されている。
【０００９】
また、特許文献７に記載のＴＩＧ溶接方法では、管突合せ部外周にフィラーワイヤを添加しながらＴＩＧ溶接することが開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献８には、サブマージアーク溶接に促進剤（フラックス剤）を使用することが開示されている。複数の酸化物を含有した特定粒径のフラックス剤を供給しながらＸ型継手の表側と裏側の両面をサブマージアーク溶接することによって両面溶け込みの溶接部が得られる。大量のフラックス剤で覆われた中で溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接するものである。
【００１１】
特許文献９は、Ｉ型突合せ表面に溶け込み促進剤を塗布した後に表裏両面から溶接する溶接方法及びその溶接構造物について開示されており、溶け込み促進剤を塗布したＩ型突合せ継手部の表側と裏側の両面から遂行する非消耗電極方式のアーク溶接によって板厚中央部で融合し合った溶け込み形状の両面溶接部を形成することが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１０２８９０号公報
【特許文献２】特開２０００−７１０９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２１９２７４号公報
【特許文献４】特開２０００−３２６０９２号公報
【特許文献５】特開２００１−１１８３号公報
【特許文献６】特開２００４−２９８９６３号公報
【特許文献７】特開昭６１−２７３２５９号公報
【特許文献８】特開２００１−２３９３９４号公報
【特許文献９】特開２００６−２３１３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に開示された溶接方法では、溶け込み促進剤を塗布した継手母材の表面側からＴＩＧ溶接することによって裏面側まで溶融（裏ビード形成）することができるが、突合せ継手部にギャップがあったり、そのギャップが変化していたりすると、溶け込み促進剤塗布のＴＩＧ溶接によって裏面側に形成される裏ビードの形状が大きく変化したり、出過ぎて溶け落ちたりして溶接部の品質を悪化させる。
【００１４】
また、特許文献１に開示されている厚肉継手（板厚が６mmを越える継手）の溶接では、裏ビード形成の裏波溶接が困難になるため、継手上部に開先を設けて突合せ部の肉厚を薄くし、薄肉化された開先継手の底面部に溶け込み促進剤を塗布した後にＴＩＧ溶接して裏面側まで溶融（裏ビード形成）している。その後に、残りの開先部分を表側から数パス溶接している。このため、開先加工が必要になると共に、溶け込み促進剤の刷毛塗り作業に手間と多くの時間がかかる上に、塗布量の変化によって溶け込み深さが変化し易い。
【００１５】
さらに、２パス目の溶接時には、前層（１層目）の溶接時に加熱反応した溶け込み促進剤（金属酸化物のフラックス剤）の一部が溶接ビード表面に固着（スラブ固着）しているため、アーク溶接直下の溶融プールが開先幅方向に広がりにくく、溶融すべき開先両壁面まで溶けずに融合不良やポロシティが発生する可能性がある。
【００１６】
さらに、特許文献１では、片面からの裏波溶接，多パス溶接を行っているため、溶接変形が発生し易く、その溶接変形を除去する歪取り作業も必要になる。
【００１７】
また、特許文献２に開示された溶接方法は、母材表面側から片面溶け込み溶接をする場合に、複数の酸化物が混合されているフラックスを塗布した母材表面からＴＩＧ溶接することによって深い溶け込みや裏ビード形成の溶接断面を得るようにしている。しかしながら、特許文献１と同様に、フラックス（溶け込み促進剤）の刷毛塗り作業に手間と多くの時間がかかる上に、塗布量の変化によって溶け込み深さが変化し易いという問題がある。
【００１８】
特許文献３に開示された溶接方法では、金属酸化物を６質量％以上含有したフラックス入りワイヤを所定量供給しながら、Ｉ型突合せ継手の表面側からＴＩＧを使用する片面溶け込み溶接をすることによって深い溶け込み部を得るようにしている。特に、板厚９mmのＩ型突合せ継手を溶接試験した溶け込み深さの測定結果を示している。しかしながら、フラックス入りワイヤの送給量の増減や送給方向によって溶け込み深さやワイヤ溶融状態が大きく変化するという問題がある。
【００１９】
特許文献４及び特許文献５に開示された溶接方法では、母材表面側からの片面溶け込み溶接で、複数の金属酸化物が含有されているフラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接によって深い溶け込みや裏ビード形成の溶接断面を得るようにしている。しかしながら、特許文献３と同様に、フラックス入りワイヤの送給量の増減や送給方向によって溶け込み深さやワイヤ溶融状態が大きく変化するという問題がある。
【００２０】
特許文献６に開示された溶接方法では、酸化性ガス（Ｏ2ガスやＣＯ2ガス）と不活性ガス（Ａｒガス）との混合ガスをアーク溶接部分に流して溶け込み深さを増加するようにしている。また、平板上での片面溶け込み溶接の結果、第２シールドガスの酸素濃度若しくは二酸化炭素濃度と溶接金属部の溶け幅及び深さとの関係が開示されている。その際、フラックス入りワイヤやソリッドワイヤは使用されていない。
【００２１】
特許文献７に開示された溶接方法では、管突合せ部外周にフィラーワイヤを添加しながらＴＩＧ溶接することによって管突合せ部の内周側に形成すべき裏ビードを凸型形状に改善するようにしている。また、管外周から裏波形成溶接した片面溶け込みの結果として、フィラーワイヤの送給量と裏ビード高さとの関係が開示されている。その際、フラックス入りワイヤは使用されていない。
【００２２】
特許文献８に開示された溶接方法では、非消耗電極方式のアーク溶接については記載されていない。
【００２３】
特許文献９は、溶け込み促進剤（複数の金属酸化物混合のフラックス剤）の塗布後に溶接した溶融底部に微小なポロシティ（内部欠陥）が発生することがあり、また、溶け込み形状の曲りや片寄りによる溶け不足が発生することがあった。
【００２４】
さらに、改善のためにギャップ部分及びその近傍を溶融封止したり、溶け込み促進剤の塗布膜厚を２０μｍ以上とすると、上記溶融封止の作業追加，溶け込み促進剤の刷毛塗り作業の技量アップ及び時間増加が必要になるという新たな問題が生じる。
【００２５】
本発明は、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部及びその溶接金属部を備えたＩ型溶接継手を得るのに有効なＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、同じ板厚同士の部材の側面を突合せたＩ型継手部を、非消耗電極方式の第１のアーク溶接により、シールドガス供給手段より噴出する不活性ガスをシールドガスとして用い、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、表裏両側から溶接する溶接方法において、溶接継手部の表側もしくは外側より、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後にＩ型継手部の裏側又は内側から板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させる第２のアーク溶接を遂行し、第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００２７】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程と、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程と、を備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部を表裏両側から溶接する溶接方法において、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程と、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程と、を備えていることを特徴とする。
【００３１】
特に、前記Ｉ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にするとよい。
【００３２】
また、前記Ｉ型継手は、同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることもできる。
【００３３】
また、前記フラックス入りワイヤの内部に充填されているフラックス剤は、少なくともＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2の少なくともいずれかの酸化物が混合された粉末剤であり、前記アーク溶接部に送給されるフラックス入りワイヤの溶着量が１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、かつ、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であるとよい。
【００３４】
また、前記フラックス入りワイヤの代わりにソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、前記酸化性ガスの濃度を倍増させたシールドガスを使用することが望ましい。又は、前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接するとよい。
【００３５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部が表裏両側から溶接されたＩ型溶接継手であって、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にある。
【００３６】
また、本発明は、ステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、同じ板厚同士の前記部材の側面を突合せたＩ型継手部が表裏両側から溶接されたＩ型溶接継手であって、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことを特徴とする。
【００３７】
特に、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にするとよい。
【００３８】
さらに、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって前記Ｉ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されているとすることもできる。
【００３９】
すなわち、本発明のＩ型継手の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４０】
前記非消耗電極方式のアーク溶接は、例えば、ＴＩＧアーク溶接であり、若しくはプラズマアーク溶接であってもよく、特殊な溶接設備を新たに導入する必要がなく、既存の溶接機を使用することができる。特に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤを前記アーク溶接（ＴＩＧアーク溶接、若しくはプラズマアーク溶接）部分に送給しながら溶接することにより、前記フラックス入りワイヤの内部に含有している複数の金属酸化物の加熱反応（例えば、溶融中の金属酸化物から酸素が解離し、その解離した酸素の多くが溶融プール内に溶解する化学反応）によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤの送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能である。また、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚や用途に応じて所定範囲の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。なお、前記フラックス入りワイヤに充填されているフラックス剤は、複数の金属酸化物であり、例えば、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2等の成分からなる酸化物の粉末である。溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤは、これら成分粉末の金属酸化物を適正比率で複数混合して充填した特殊なワイヤであり、アーク溶接中に発生する前記加熱反応によって溶け込み状態を促進するため、溶け込み深さが増加する作用及び効果を有しているものである。このような溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤは、脱酸剤や塩基性造滓剤入りの従来ワイヤ（フラックス入りワイヤ）とは成分及び作用が全く異なるものであり、溶け込み深さを促進する前記金属酸化物の粉末が充填されている特殊なワイヤであり、既に公知の市販品を使用すればよい。
【００４１】
継手部材の板厚Ｔは、４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、好ましくは６mm以上１２mm以下であるとよい。なお、板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、突合せ部にギャップがあったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表裏両側の溶け込み深さが板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、また、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表裏両側の溶け込み深さが板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップ（隙間）があったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００４２】
また、本発明の溶接方法では、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程により、溶接対象のＩ型継手を所定形状に確実に製作することができる。そして、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程により、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び深い溶け込み形状の第１の溶接金属部を得ることができる。その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４３】
また、本発明の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することにより、上述したように、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４４】
前記二重シールド供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ）の外側ノズルのノズル孔から数パーセントの酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスをアーク直下の溶融プール部分に流すと共に、溶け込み促進性の前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら前記アーク溶接を遂行すると、前記酸化性ガスから解離した酸素、さらに、前記フラックス入りワイヤから解離した酸素の両方が溶融プール内に多く溶解する。この酸素溶解によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。また、前記フラックス入りワイヤの代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、例えば、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。なお、このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤの送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能であり、また、前記酸化性ガスの含有量やそのガス流量の調整によっても調整可能である。さらに、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚や用途に応じて所定範囲の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。前記酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスは、公知の市販品を使用すればよい。
【００４５】
また、本発明の溶接方法では、平板又は円筒管からなる同じ板厚同士の部材側面を突合せ配置してＩ型継手の形状を構成する第１工程と、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成する第２工程とにより、溶接対象のＩ型継手を所定形状に確実に製作することができ、また、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い第１の溶接金属部を得ることができる。その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成する第３工程により、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００４６】
特に、前記Ｉ型継手は平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることにより、溶接線が長い円筒管長手方向のＩ型継手の両側溶接であっても、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。また、上述したように、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、平板から円筒管の形状に曲げ成形、及び成形後の円筒管長手方向のＩ型継手部を両側溶接する一連のモノづくりによって、工期短縮、材料費及び製作費を大幅に削減することもできる。
【００４７】
また、前記Ｉ型継手は同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手にすることにより、円筒管円周方向のＩ型継手の両側溶接であっても、上述したように、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００４８】
また、前記フラックス入りワイヤの内部に充填されているフラックス剤は、少なくともＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2からなる酸化物が混合された粉末剤であり、前記アーク溶接部に送給されるフラックス入りワイヤの溶着量は１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、好ましくは２ｇ／分以上５ｇ／分以下の範囲であり、前記フラックス入りワイヤを用いてＩ型継手の表裏両側から深い溶け込みのアーク溶接を遂行することによって、板厚中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部と前記第２の溶接金属部が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００４９】
なお、フラックス入りワイヤの溶着量が１ｇ／分より少ないと、フラックス入りワイヤが溶融プール内へスムーズに入らすに不規則な溶着状態になると共に酸素の溶解量が過少な状態になるため、溶接ビードが不整な形状になると同時に、溶け込み深さが浅い形状になって特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ）まで溶けず、板厚中央部に溶け不足が発生することになるので好ましくない。一方、フラックス入りワイヤの溶着量が７ｇ／分より多いと、アークエネルギーがワイヤの溶融に消費されると共に酸素の溶解量が過大な状態になるため、溶け込み深さが浅い形状になると同時に、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が許容基準（例えば、２００ｗｔ.ppm以下）を超えると共に、溶接金属部の靭性強度が低下するので好ましくない。溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部及びそのＩ型溶接継手を得ることができる。
【００５０】
また、前記フラックス入りワイヤの代わりにソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガスを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。
【００５１】
また、本発明のＩ型溶接継手では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００５２】
また、本発明のＩ型溶接継手では、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の表側又は外側から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側から遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にしたことにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００５３】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、従来の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、平板から円筒管の形状に成形及び両側溶接することによって材料費及び製作費を削減することもできる。
【００５４】
特に、前記フラックス入りワイヤを用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって前記Ｉ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部及び該第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【発明の効果】
【００５５】
上記構成によれば、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥がない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部を表裏両側に備えたＩ型溶接継手及びその溶接構造物を得ることができる。また、そのＩ型溶接継手を用いた溶接構造物を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本願発明は、表裏両面から溶接する両面溶け込み溶接に関する。上記特許文献１ないし７に記載された溶接方法では、表裏両面から溶接する両面溶け込み溶接について何ら考慮されていない。
【００５７】
Ｖ型やＸ型の開先加工を施さないＩ型突合せ継手のままで良く、表裏両側から溶接するフラックス入りワイヤを用いた深い溶け込みのアーク溶接によって溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な深い溶け込み形状の溶接金属部及びその溶接金属部を備えたＩ型溶接継手を得るのに有効なＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物を提供することは非常に有用である。
【００５８】
本願発明者らは、特許文献９の問題点の発生原因を調査した結果、塗布時に溶け込み促進剤の一部が継手部のギャップ内に入り込み、溶接時に溶融池内から浮上できずに溶融低部又はその近傍に閉じ込められて固着することが判明した。また、溶け込み促進剤の塗布膜厚が溶接左右方向に大きく変化していると、溶接時に溶融池が幅広及び溶け込みが浅くなると同時に膜厚の薄い側に片寄って曲ることが判明した。このため、有効な防止対策を種々検討した結果、上記ポロシティ発生防止に最も有効な対策は、溶け込み促進剤を塗布する以前に継手部の表面又は裏面又は表裏両面を溶融封止して、塗布時に溶け込み促進剤がギャップ内に入り込まないようにすることであり、塗布前に施工する前記溶融封止により、塗布部の溶接時に溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティが発生しないことを確認した。また、上記溶け不足防止に最も有効な対策は、前記溶け込み促進剤を継手部の溶接線方向に１回以上往復塗布して溶接線左右方向の膜厚を２０μｍ以上形成することであり、溶接部に片寄りや曲りのないほぼ左右対称形状の深い溶け込みが形成することを確認した。
【００５９】
このように、特許文献９では、溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティの発生防止及び溶け不足防止が必要であり、溶け込み促進剤を塗布する前にギャップ部分及びその近傍を溶融封止すると共に、溶融封止後の継手表面に溶け込み促進剤を塗布する時の塗布膜厚を２０μｍ以上形成するように改善した。このため、上記溶融封止の作業追加、溶け込み促進剤の刷毛塗り作業の技量アップ及び時間増加が必要になるという新たな問題が生じた。
【００６０】
そこで、上記溶け込み促進剤を使用しないで、深い溶け込みを得るための有効な溶接方法を再検討した。溶接対象製品は、例えば、突合せ継手部にギャップや段差があったりなかったりする長尺（例えば、ステンレス鋼材、長さ２０００mm以上，管外径５００mm以上）の製缶部材であり、長手方向の継手（溶接線）と周方向の継手（溶接線）を各々溶接して溶接欠陥が全くない品質良好な溶接部を確実に得ることである。同時に、作業工数の削減，溶接変形の低減，生産性向上及びコスト低減が可能であることが求められている。これらを満足する有効な溶接方法を再検討した結果、（１）１パス貫通溶接が可能なレーザ溶接は、突合せ継手部にギャップや段差があったりなかったりする長尺の製缶部材に対しては均一な溶接ビート形成の溶接が難しいので、適用困難と判断した。（２）従来のＴＩＧ溶接は、溶け込みが浅いため、開先加工を必要とするＶ型開先継手若しくはＸ型開先継手になると共に、多パス溶接が必要であり、作業工数の増加，溶接変形の増加に伴う歪取り作業の増加が生じるので、適用困難と判断した。（３）溶け込み促進性のフラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接は、従来ＴＩＧ溶接の溶け込みと比べて２〜３倍深い溶け込みが得られそうなので、独自に溶接試験を行って両面溶接の適用性を検討した。
【００６１】
フラックス入りワイヤを用いたＴＩＧ溶接の溶け込み試験を行って独自調査した結果、（１）使用する母材（例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ）の板厚（例えば４〜１６mm）及び溶接電流の大きさによって溶け込み深さが大きく変化すること、（２）板厚に適した溶け込み深さを確保するために必要となる適正な溶接電流（又は溶接入熱量）があること、などの新たな知見が得ることができた。
【００６２】
本発明の対象は、板形状，円筒形状などで構成され、板厚がほぼ同一のステンレス鋼又は低炭素鋼からなる部材を突合せて溶接したＩ型継手である。特に、板厚は４〜１６mmのものを対象とする。溶接には、非消耗電極方式のアーク溶接を用い、表面及び裏面（もしくは外面及び内面）よりそれぞれ溶接する。アーク溶接には、フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤなどのワイヤを用いる。また、溶接中は不活性ガスなどのシールドガスを使用する。一方の面からの溶接で、板厚の１／２〜４／５（５０〜８０％厚さ）を溶接し、その後反対側よりの溶接で同様に板厚の１／２〜４／５（５０〜８０％厚さ）を溶接する。従って、少なくとも一部は両面からの溶接金属部が内部で融合することとなる。
【００６３】
以下、本発明の内容について、図１〜図７の実施例を用いて具体的に説明する。
【００６４】
図１は、本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。図２は、平板から円筒管を曲げ成形して円筒管の長手方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。また、図３は、円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【００６５】
すなわち、最初の第１工程２１では、図１（１）に示すように、部材１，２の側面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手を製作する。平板同士又は円筒管同士を突合せたＩ型継手、若しくは平板から円筒管の形状に曲げ成形して円筒管長手方向の端面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手である。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施していない端面同士を突合せた単純なＩ型継手であり、開先加工の費用をなくすことができる。表裏両側から溶接する必要があるＩ型継手の突合せ部３には、ギャップＧ（隙間）が殆んどない状態に設定し、あるいは、ギャップＧがあったりしても１mm以下に設定するとよい。また、上下の段差ｂ（目違いとも称す）も殆どない状態又はあっても１mm以下に設定するとよい。
【００６６】
長尺の円筒管は、図２に示すように、平板から円筒管の形状にロール曲げ成形し、円筒管長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ字状に構成することによってＩ型継手を確実に製作することができる。円筒管長手方向のＩ型継手部３には、ギャップＧのない状態が好ましいが、１mm以下のギャップＧや段差ｂがあったりなかったりする状態であってもよい。突合せ精度を緩和することによって、継手合わせの作業が容易なるので作業時間を大幅に短縮することができる。円筒管円周方向のＩ型継手については、図３に示すように、２本の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ字状に構成することによってＩ型継手を確実に製作することができる。このように構成された開先なしのＩ型継手部を表裏両側から溶け込みの深い溶接を遂行するようにしている。特に、平板から円筒管の形状に曲げ成形、及び曲げ成形後の円筒管長手方向のＩ型継手部３を両側溶接する一連のモノづくりによって、工期短縮，材料費及び製作費を大幅に削減することもできる。
【００６７】
溶接対象のＩ型継手は、図１の（１）と図２及び図３に示したように、原子力機器又は火力機器などに組み込まれる溶接構造物の一つである。ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなり、部材１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの板厚Ｔ範囲は、４≦Ｔ≦１６mmである。例えば、円筒管の長さが最小２０００mmから最大６０００mm、円筒管の内径が最小５００mmから最大２０００mmまでの大きさ有する耐食性のオーステナイト系ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１０系，ＳＵＳ３１６系等）からなる大型構造物である。両側溶接された後の円筒管の溶接構造物は、例えば、原子力機器又は火力機器などに組み込まれ、かつ、管内の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されて長期間使用するものである。
【００６８】
次の第２工程２２では、図１の（２）に示すように、ノズル９の内周に不活性ガス（例えば、純ＡｒガスやＨｅガス、又はＡｒとＨｅとの混合ガス）のシールドガス９ｂを流すシールド構造の溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３に遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ１≦０.８＊Ｔ）まで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成させる。これにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び深い溶け込み形状の第１の溶接金属部を得ることができる。
【００６９】
前記非消耗電極方式のアーク溶接は、例えば、ＴＩＧアーク溶接であり、若しくはプラズマアーク溶接であってもよく、スパッタ（溶融金属の飛散）の発生が全くなく、対流型（及び熱伝導型）の溶け込み形状であり、フラックス剤を塗布しないでも、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の使用によって、深い溶け込みが得られる。また、特殊な溶接設備を新たに導入する必要がなく、既存の溶接機を使用することができる。特に、溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接（ＴＩＧアーク溶接、若しくはプラズマアーク溶接）部分に送給しながらアーク溶接することにより、前記フラックス入りワイヤ４の内部に含有されている複数の金属酸化物の加熱反応（例えば、溶融中の金属酸化物から酸素が解離し、その解離した酸素の多くが溶融プール内に溶解する化学反応）によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、部材板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能である。また、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚Ｔや用途に応じて所定範囲（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。なお、前記フラックス入りワイヤ４に充填されているフラックス剤は、複数の金属酸化物であり、例えば、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3，ＳｉＯ2等の成分からなる酸化物の粉末である。溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、これら成分粉末の酸化物を適正比率で複数混合して充填した特殊なワイヤであり、アーク溶接中に発生する前記加熱反応によって溶け込み状態を促進するため、溶け込み深さが増加する作用及び効果を有しているものである。このような溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、脱酸剤や塩基性造滓剤入りの従来ワイヤ（フラックス入りワイヤ）とは成分及び作用が全く異なるものであり、溶け込み深さを促進する前記金属酸化物の粉末が充填されている特殊なワイヤであり、既に公知の市販品を使用すればよい。
【００７０】
また、非消耗性の電極５は、溶接トーチ１１の先端に設けられるタングステン電極であり、例えば、高融点材のＬａ2Ｏ3入りＷ，Ｙ2Ｏ3入りＷ，ＴｈＯ2入りＷなど、市販品の電極棒を使用すればよい。また、アーク６溶接部分及び電極５を保護するシールドガス９ｂは、ノズル９ａの内周から流出させる不活性ガスであり、例えば、純ＡｒガスやＨｅガスであり、また、ＡｒとＨｅとの混合ガスも使用可能であり、市販品のガスボンベを使用すればよい。
【００７１】
継手部材の板厚Ｔは、４≦Ｔ≦１６mmの範囲であり、好ましくは６mm以上１２mm以下であるとよい。なお、板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、例えば、突合せ部に１mmを超える大きさのギャップ（隙間）があったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚Ｔ中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、さらに、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップがあったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００７２】
次の第３工程２３では、前記第１のアーク溶接の終了後に継手部材１，２を裏返し反転し、表側と反対側の残り継手部３ｂに第２のアーク溶接を行う。すなわち、図１の（３）に示すように、不活性ガスのシールドガス９ｂを流すシールド構造の溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を残りの前記Ｉ型継手部３ｂに遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側と反対側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ２≦０.８＊Ｔ）まで溶融させると共に、前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を形成させる。なお、前記溶接トーチ１１（シールドガス供給手段）と同じ構造の他の溶接トーチ及び溶接機（２台目）を用いて前記第２のアーク溶接を遂行してもよく、溶接トーチ及び溶接機の取り付け取り外し作業を簡素化でき、また、溶接効率を高めることもできる。
【００７３】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。また、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。
【００７４】
また、本発明のＩ型継手の溶接方法では、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段（溶接トーチ１１）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接をＩ型継手部の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部の裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７ｂの先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを形成することもできる。
【００７５】
特に、前記Ｉ型継手は平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、円筒管長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手にするとよい。
【００７６】
また、前記Ｉ型継手は同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３にすることもできる。
【００７７】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと前記第２の溶接金属部８ａが相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。また、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００７８】
溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４は、溶接進行方向の前方からアーク６溶接部分に送給、又は溶接進行方向の後方からアーク６溶接部分に送給することができる。特に、前記フラックス入りワイヤ４の先端部を溶融プールへ接触又は挿入させるように送給することにより、例えば、小電流から大電流まで広範囲の溶接電流（例えば１００Ａ〜３５０Ａ）を出力させる場合や低速送りの少量ワイヤの場合であっても、前記フラックス入りワイヤ４がアーク６直下の溶融プール７ａ内にスムーズに入り、大きな溶滴にならずに安定して溶融及び溶着させることができる。フラックス入りワイヤ４の溶着量は、１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲であり、好ましくは２ｇ／分以上５ｇ／分以下の範囲である。前記フラックス入りワイヤ４を用いてＩ型継手の表裏両側から深い溶け込みのアーク溶接を遂行することによって、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができる。なお、フラックス入りワイヤ４の溶着量が１ｇ／分より少ないと、フラックス入りワイヤ４が溶融プール内へスムーズに入らすに不規則な溶着状態になると共に酸素の溶解量が過少な状態になるため、溶接ビードが不整な形状になると同時に、溶け込み深さが浅い形状になって特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ）まで溶けず、板厚Ｔ中央部に溶け不足が発生することになるので好ましくない。一方、フラックス入りワイヤ４の溶着量が７ｇ／分より多いと、アークエネルギーがワイヤの溶融に消費されると共に酸素の溶解量が過大な状態になるため、溶け込み深さＨ１，Ｈ２が浅い形状になると同時に、溶接金属部７ｂ，８ｂに含まれる酸素ガスの含有量が許容基準（例えば、２００ｗｔ.ppm以下）を超えると共に、溶接金属部の靭性強度が低下するので好ましくない。溶接金属部７ｂ，８ｂに含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲であることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部７ｂ，８ｂ及びそのＩ型溶接継手１３を得ることができる。
【００７９】
また、本発明のＩ型溶接継手では、図１（１）〜（４）に示したように、不活性ガスのシールドガスを噴出させるシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、その後に、前記シールドガス供給手段又は他方のシールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。
【００８０】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７ａ及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００８１】
特に、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によってＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手１３の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【００８２】
図４は、本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる他の溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。図１との主な相違点は、不活性ガスのシールドガスと酸化性ガス入りのシールドガスとを流す二重シールド構造の溶接トーチ１２（二重シールドガス供給手段）を用いて非消耗電極方式のアーク溶接を遂行するようにしたことである。Ｉ型継手の形状や溶接部分の溶け込み形状は、図１と略同じである。
【００８３】
すなわち、図４の（２）及び（３）に示すように、内管と外管とが同軸状に配設された二重シールド構造の溶接トーチ１２を使用し、外側ノズル１０ａのノズル孔から酸化性ガス（Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（ＡｒやＨｅ）とを混合したシールドガス１０ｂを流出させ、同時に、内側ノズル９ａのノズル孔から不活性ガス（ＡｒやＨｅ）のシールドガス９ｂを流出させる雰囲気内で、非消耗電極方式第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７ａを形成し、継手部材１，２を裏返し反転した後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを形成する。
【００８４】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工が不要であり、また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００８５】
前記二重シールド供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ１２）の外側ノズル１０ａのノズル孔から数パーセントの酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）とを混合したシールドガス１０ｂをアーク直下の溶融プール部分に流すと共に、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながらアーク溶接すると、前記酸化性ガスから解離した酸素、さらに、前記フラックス入りワイヤ４から解離した酸素の両方が溶融プール内に多く溶解する。この酸素溶解によって、アーク直下の溶融プール（溶融金属）の対流が深さ方向及び内向き方向に変化して溶け込み深さを促進する。このため、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲の深さまで溶融させることができる。また、前記フラックス入りワイヤの代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、例えば、前記酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。なお、このような溶け込み形態や溶け込み深さの調整は、前記溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量や前記金属酸化物の含有量又は混合比率の調整によって調整可能であり、また、前記酸化性ガスの含有量やそのガス流量の調整によっても調整可能である。さらに、溶接電流や溶接速度など溶接入熱条件の大きさによって調整可能であり、継手部材の板厚Ｔや用途に応じて所定範囲（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）の溶け込み深さを確保するように、事前に確認試験を行って調整するとよい。前記酸化性ガス（例えば、Ｏ2やＣＯ2）と不活性ガス（例えば、ＡｒやＨｅ）との混合ガスは、公知の市販品を使用すればよい。
【００８６】
最初の第１工程２１では、図４の（１）に示すように、部材１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの側面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手を製作する。平板同士又は円筒管同士を突合せたＩ型継手、若しくは平板から円筒管の形状に曲げ成形して円筒管長手方向の端面同士を突合せてＩ字状に構成したＩ型継手である。Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施していない端面同士を突合せた単純なＩ型継手であり、開先加工の費用をなくすことができる。また、上述したように、表裏両側から溶接する必要があるＩ型継手の突合せ部３には、ギャップＧ（隙間）が殆んどない状態に設定し、あるいは、ギャップＧがあっても１mm以下設定するとよい。また、上下の段差ｂ（目違いとも称す）も殆どない状態又はあっても１mm以下に設定するとよい。ステンレス鋼材又は低炭素鋼材からなり、Ｉ型継手の板厚Ｔ範囲は、４≦Ｔ≦１６mmであり、好ましくは６≦Ｔ≦１２mmである。特に、耐食性の高いオーステナイト系ステンレス鋼材（例えば、ＳＵＳ３０４系，ＳＵＳ３１０系，ＳＵＳ３１６系）を使用するとよい。さらに、両側溶接された後の円筒管の溶接構造物は、原子力機器又は火力機器などに組み込まれ、かつ、管内の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されて長期間使用するものである。
【００８７】
次の第２工程２２では、図４の（２）に示すように、不活性ガスのシールドガス９ｂと酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂとを噴出させる二重シールドガス供給手段（例えば、二重シールド構造の溶接トーチ１２）を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接をＩ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａ、から遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ１≦０.８＊Ｔ）まで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７を形成する。これにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い第１の溶接金属部７を得ることができる。
【００８８】
なお、上述したように、部材板厚Ｔが４mmより薄いと、溶け込み深さを特定深さに止めることが難しく、例えば、突合せ部に１mmを超える大きさのギャップがあったりした場合に裏側まで溶け落ちてしまう可能性がある。一方、板厚Ｔが１６mmより厚過ぎると、特定深さまで溶けずに板厚中央部に溶け不足が発生する可能性があり、或いはその溶け不足をなくすために４００Ａを越える大電流及び４０ｋＪ／cmを越える大きな入熱量が必要になったりするので好ましくない。また、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの１／２より小さ過ぎると、板厚Ｔ中央に溶け不足の欠陥が発生することになり、さらに、溶け不足の欠陥があると、両側溶接終了後の品質検査で不合格となり、欠陥部分及びその周辺を切削加工及び手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。反対に、表側の溶け込み深さＨ１が板厚Ｔの４／５より大き過ぎると、例えば、表側の継手部にギャップがあったりした場合に、裏側まで溶け落ちる可能性があり、また、溶け落ちた時に手間の掛かる補修溶接が必要になるので好ましくない。
【００８９】
次の第３工程２３では、継手部材１，２を裏返し反転し、表側と反対側の残り継手部３に第２のアーク溶接を行う。すなわち、図４の（３）に示すように、前記二重シールド構造の溶接トーチ１２を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さ（表側と反対側の溶け込み深さ：０.５＊Ｔ≦Ｈ2≦０.８＊Ｔ）まで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を形成させる。なお、前記二重シールド構造の溶接トーチ１２と同じ構造の他の溶接トーチ及び溶接機（２台目）を用いて前記第２のアーク溶接を遂行してもよく、溶接トーチ及び溶接機の取り付け取り外し作業を簡素化でき、また、溶接効率を高めることもできる。また、前記フラックス入りワイヤ４の代わりに、ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用する時には、上述したように、酸化性ガスの濃度を倍増したシールドガス１０ｂを使用又は前記酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂの流量若しくは流速を増加して溶接することによって、酸化性ガスから解離した酸素が溶融プール内に多く溶解するので特定深さまで溶融させることができる。
【００９０】
このような構成により、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手を得ることができる。
【００９１】
また、本発明のＩ型溶接継手では、図４の（１）〜（４）に示したように、不活性ガスのシールドガス９ｂと酸化性ガス入りのシールドガス１０ｂとを噴出させる二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第１のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３の表側又は外側１ａ，２ａから遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの裏面まで溶かすことなく、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部７を形成し、その後に、前記二重シールドガス供給手段又は他方の二重シールドガス供給手段を用いて非消耗電極方式の第２のアーク溶接を前記Ｉ型継手部３ｂの裏側又は内側１ｂ，２ｂから遂行すると同時に、前記フラックス入りワイヤ４又はソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤをアーク６溶接部分に送給しながら、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させると共に前記第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８ａを備えた形状の溶接継手にしたことにより、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７ｂ，８ｂを表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。
【００９２】
また、少なくとも溶接以前のＩ型継手は、平板から円筒管の形状にロール曲げ加工して成形すると共に、前記円筒管の長手方向の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、或いは同じ板厚同士の円筒管の端面同士を密着させるように突合せてＩ型継手の形状を構成し、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によって、前記円筒管長手方向又は前記円筒管円周方向のＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状の溶接継手にすることにより、上述したように、溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、裏ビードを形成していた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができる。さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすと共に、溶接時に発生することがある溶け込み促進剤の巻き込みによるポロシティをなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。
【００９３】
特に、前記フラックス入りワイヤ４を用いた前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接によってＩ型継手の表裏両側１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに各々形成された前記第１の溶接金属部７及び該第１の溶接金属部７の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部８を備えた形状のＩ型溶接継手１３が、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれ、かつ、前記Ｉ型溶接継手１３の内側の溶接表面部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることにより、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【００９４】
図５は、図１に示される溶接方法を適用した時の両面溶接可否の溶接電流Ｉと裏側の溶け込み深さｈ２及びビード幅ｂ２の関係を示す実施例である。板厚Ｔが６，８.８，１１.６，１５.７mmからなる４種類（Ｔ＝６，８.８，１１.６，１５.７mm）の突合せ継手を用意し、何れもステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４Ｌ）を使用した。また、溶接速度を一定（６５mm／分）、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量を３〜５ｇ／分の範囲内にして、溶接電流Ｉを板厚別に変化させて溶接した。図５中に記載の×印点は、板厚Ｔ中央部分に未接合部があるもの、他の印点（丸，三角，四角，ひし形など）は、両側溶接によって相互に融合し合った溶け込み形状の良好なものである。なお、表側の溶け込み深さｈ１については、裏側溶接の溶け込みによって板厚中央部で融合し合うと、測定できない部分があり、裏側の溶け込み深さｈ２と概ね同程度であるので、ここには記載していない。
【００９５】
図５から明らかなように、ビード幅ｂ２は、何れの板厚Ｔも溶接電流Ｉの増加に伴って増加している。また、裏側の溶け込み深さｈ２も同様に、溶接電流Ｉの増加に伴って増加しているが、板厚Ｔが厚くなると熱引きが大きくなるため、溶け込む深さに限界があると考えられる。したがって、板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと第２の溶接金属部８ｂが相互に融合し合った形状の溶接断面になるように、各種板厚に対応した適正な溶接電流Ｉや入熱量等の溶接条件を設定してアーク溶接を遂行すると同時に、溶け込み深さ促進性のフラックス入りワイヤ４をアーク６溶接部分に送給しながら、板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させるとよい。このように突合せＩ型継手の表側と裏側から両面溶接することにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７ｂと第２の溶接金属部８ｂが相互に融合し合った形状の溶接断面が確実に得られ、また、アンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥がない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部７，８を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手１３を得ることができた。
【００９６】
図６は、図５に示した溶接結果から両面溶接が可能な板厚Ｔと適正な溶接電流Ｉ及び裏側の溶け込み深さｈ２の関係を示す実施例である。図６中の上下側には、板厚別の代表的な溶接断面写真を開示している。図６から明らかなように、板厚Ｔの大きさに対応した適正な溶接電流Ｉで溶接することによって、溶け込み深さｈ２が板厚の１／２を超える深さになるので板厚中央部に溶け不足が全くない溶け込み良好な溶接断面となる。両側溶接が可能な溶接電流Ｉは、例えば、板厚Ｔ＝６mmの時で約１５０Ａ、Ｔ＝８.８mmの時で約２３０Ａ、Ｔ＝１１.６mmの時で約２８０Ａ、Ｔ＝１５.７mmの時で約３８０Ａであり、各々の板厚中央部若しくはその近傍で融合し合った溶け込み形状の良好な溶接断面を得ることができ、また、このような両面溶け込みの溶接断面を備えたＴ型溶接継手を製造できることも確認できた。
【００９７】
図７は、図１に示される溶接方法を適用した時のフラックス入りワイヤの溶着量と溶け込み深さ及び溶金部のＯガス含有量の関係を示す実施例である。板厚Ｔが９.７mmのステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４Ｌ）を使用し、溶接速度を一定（６５mm／分）、溶接電流を２００〜２６０Ａの範囲内で変化、溶け込み促進性のフラックス入りワイヤ４の送給量（０〜８.６ｇ／分）を変化させて溶接した。所定量の溶接金属部（溶金部）を採取し、溶解赤外線吸収法によって溶金部のＯガス含有量を分析測定した結果である。図７中には、使用板厚の１／２以上の溶け込み深さが確保されている領域のフラックス入りワイヤ４の溶着量範囲とＯガス含有量の最小値を記載している。
【００９８】
図７から明らかなように、フラックス入りワイヤの溶着量が０ｇ／分（ワイヤなし）の時には、溶金部のＯガス含有量が１７ｗｔ.ppmで少なく、母材部の値と比べて約半分の値であり、また、溶け込み深さが３mm以下で浅く、特定深さ（板厚Ｔの１／２以上４／５以下の範囲）に到達しておらず、溶け不足に至っている。フラックス入りワイヤの溶着量が０.６〜７.３ｇ／分の範囲内では、溶け込み深さが６.１〜７mmに深くなっており、特定深さに到達している。この時のＯガス含有量は、少しばらついているが、９０〜２５０ｗｔ.ppmの範囲である。フラックス入りワイヤの溶着量が前記範囲より多い時（例えば、８.６ｇ／分）には、溶け込み深さが３.４mmまで減少して特定深さに到達しておらず、溶け不足に至っている。Ｉ型継手の両側溶接では、表側及び裏側の各溶け込み深さを少なくとも板厚の１／２以上の深さにする必要があると共に、裏側まで溶け落ちさせないこと（最大でも板厚の４／５以下の溶け込み深さに止める）が重要である。したがって、板厚の１／２以上の溶け込み深さが確保できるフラックス入りワイヤの溶着量は、図７に示したように、０.６〜７.３ｇ／分の範囲内であり、小数点以下を切り捨てて１ｇ／分以上７ｇ／以下を適正範囲とした。また、上記溶け込み深さを有する溶金部に含有されたＯガス含有量は、９０〜２５０ｗｔ.ppmの範囲であるが、２００ｗｔ.ppmを超えると、溶金部の靭性強度が低下して好ましくないので切り捨てて、９０ｗｔ.ｐmm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲に限定した。
【００９９】
図１，図６及び図７に示したように、両側溶接すべきＩ型継手の板厚Ｔ（４≦Ｔ≦１６mmの範囲）に対応した適正な溶接電流で溶接を遂行すると同時に、アーク６溶接部分に送給されるフラックス入りワイヤ４の溶着量が１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲にすることにより、Ｉ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、溶接金属部に含まれる酸素ガスの含有量が９０ｗｔ.ppm以上２００ｗｔ.ppm以下の範囲にすることにより、母材強度と同程度の溶接強度及び靭性強度を有する表裏両側の溶接金属部７，８及びそのＩ型溶接継手１３を得ることができる。
【０１００】
以上述べたように、本発明のＩ型継手の溶接方法及びそのＩ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物によれば、Ｖ型やＵ型やＸ型の開先加工を施さないＩ型突合せ継手のままで良く、表裏両側から溶接する深い溶け込みの第１のアーク溶接及び第２のアーク溶接によってＩ型継手の板厚Ｔ中央部若しくはその近傍で表裏両側に各々形成された前記第１の溶接金属部７と前記第２の溶接金属部８が相互に融合し合った溶け込み形状が確実に得られ、同時に溶け不足やアンダーカット及びポロシティ等の溶接欠陥のない品質良好な凸形状の溶接ビード及び溶け込みの深い溶接金属部を表裏両側に備えた形状のＩ型溶接継手及びそれを用いた溶接構造物を得ることができる。また、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【０１０１】
また、裏ビードを形成させていた従来の初層裏波溶接、他の溶接施工で実施されていた裏ハツリ作業及び裏ハツリ後の溶接作業をなくすことができ、さらに、手間及び多くの時間が掛かる溶け込み促進剤の塗布作業をなくすこともできる。その結果、従来のＶ型開先やＵ型開先やＸ型開先の溶接施工若しくは溶け込み促進剤塗布方式の溶接施工と比べて作業工数が大幅に削減でき、同時に、片面多パス溶接で生じていた大きな変形と比べて変形量が大幅に減少するので歪取り作業が削減でき、生産性向上及びコスト低減が可能となる。さらに、原子力機器又は火力機器の稼動によって腐食環境下若しくは水圧環境下で長期間適用されても、腐食割れ等の事象を防止でき、長寿命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】平板から円筒管を曲げ成形して円筒管の長手方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】円筒管の端面同士を突合せて円周方向にＩ型継手を製作する手順の一実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明のＩ型継手の溶接方法に係わる他の溶接手順及び溶け込み形状の一実施形態を示す説明図である。
【図５】図１に示される溶接方法を適用した時の両面溶接可否の溶接電流Ｉと裏側の溶け込み深さｈ２及びビード幅ｂ２の関係を示す実施例である。
【図６】図５に示した溶接結果から両面溶接が可能な板厚Ｔと適正な溶接電流Ｉ及び裏側の溶け込み深さｈ２の関係を示す実施例である。
【図７】図１に示される溶接方法を適用した時のフラックス入りワイヤの溶着量と溶け込み深さ及び溶金部の酸素ガス含有量の関係を示す実施例である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ａ，２ａ 継手部材の表面
１ｂ，２ｂ 継手部材の裏面
３ Ｉ型継手部
３ｂ 残り継手部
４ フラックス入りワイヤ
５ 非消耗性電極
６ アーク
７ａ，８ａ 溶融中の溶接金属部
７ｂ，８ｂ 凝固済みの溶接金属
９ａ 内側ノズル
９ｂ 不活性ガスのシールドガス
１０ａ 外側ノズル
１０ｂ 酸化性ガス入りシールドガス
１１ 溶接トーチ
１２ 二重シールド構造の溶接トーチ
１３ Ｉ型溶接継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材の側面を突合せ、突合せ部を表裏両側から溶接するＩ型継手部の溶接方法であって、前記部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmであり、突合せ部にシールドガスを噴きつけながら、かつ溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤの少なくともいずれかのワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、非消耗電極方式の第１のアーク溶接を行い、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、
前記突合せ部の前記第一の溶接金属部との反対側より、突合せ部にシールドガスを噴きつけながら、かつ前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、非消耗電極方式の第２のアーク溶接を行い、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させ、かつ前記第１の溶接金属部の先端部と融合させた溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材の突合せ部は、同じ板厚の部材を突合せ配置して構成されていることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項３】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材は、平板又は円筒管であることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項４】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記シールドガスは、不活性ガスを供給するシールドガス供給手段を用いて噴きつけられることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項５】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記シールドガスは、不活性ガスよりなるシールドガスと、酸化性ガスを含むシールドガスとを噴きつける二重シールドガス供給手段を用いて噴きつけられることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項６】
請求項１に記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用し、前記シールドガスに不活性ガスと酸化性ガスとを用いて溶接することを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＩ型継手の溶接方法において、
前記Ｉ型継手部の突合せ部は、平板を円筒管の形状にロール曲げ加工して成形し、平板の長手方向の端面同士を密着させて突合されて構成されており、
前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接により、成形された円筒管のＩ型継手の長手方向に前記第１の溶接金属部及び前記第二の溶接金属部を形成し、円筒管の表面及び内面が溶接された形状とすることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＩ型継手の溶接方法において、
前記Ｉ型継手部の突合せ部は、同じ板厚の二つの円筒管の端部を密着させて構成されており、前記円筒管の円周方向に前記第１の溶接金属部及び前記第二の溶接金属部を形成し、円筒管の表面及び内面が溶接された形状とすることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記フラックス剤は、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2の少なくともいずれかの酸化物を含む粉末であることを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項１０】
請求項９に記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤは、溶着量１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲で送給されることを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項１１】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの部材を突合せた突合せ部に、表裏両側より、アーク溶接により形成された溶接金属部を有するＩ型溶接継手であって、
溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤの少なくともいずれかのワイヤを用いて前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部と、
前記第一の溶接金属部の裏側より、前記フラックスワイヤを用いて前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させ、かつ前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部とを有することを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１２】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記突合せ部は同じ板厚の部材より形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１３】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記Ｉ型溶接継手は、円筒管の長手方向に設けられており、
前記突合せ部は、平板を曲げて長手方向の端面同士を密着させて形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１４】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記Ｉ型溶接継手は、円筒管の円周方向に設けられており、前記突合せ部は同じ板厚かつ内径の円筒管の端面を密着させて形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１５】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、前記Ｉ型溶接継手は、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれており、少なくとも一方の溶接部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれかに記載されたＩ型溶接継手を備えたことを特徴とする溶接構造物。
【請求項１】
ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材の側面を突合せ、突合せ部を表裏両側から溶接するＩ型継手部の溶接方法であって、前記部材の板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmであり、突合せ部にシールドガスを噴きつけながら、かつ溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤの少なくともいずれかのワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、非消耗電極方式の第１のアーク溶接を行い、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部を形成し、
前記突合せ部の前記第一の溶接金属部との反対側より、突合せ部にシールドガスを噴きつけながら、かつ前記フラックス入りワイヤをアーク溶接部分に送給しながら、非消耗電極方式の第２のアーク溶接を行い、前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させ、かつ前記第１の溶接金属部の先端部と融合させた溶け込み形状の第２の溶接金属部を形成することを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材の突合せ部は、同じ板厚の部材を突合せ配置して構成されていることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項３】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記ステンレス鋼又は低炭素鋼よりなる部材は、平板又は円筒管であることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項４】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記シールドガスは、不活性ガスを供給するシールドガス供給手段を用いて噴きつけられることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項５】
請求項１に記載されたＩ型継手部の溶接方法であって、
前記シールドガスは、不活性ガスよりなるシールドガスと、酸化性ガスを含むシールドガスとを噴きつける二重シールドガス供給手段を用いて噴きつけられることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項６】
請求項１に記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記ソリッドワイヤ若しくはストランドワイヤを使用し、前記シールドガスに不活性ガスと酸化性ガスとを用いて溶接することを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＩ型継手の溶接方法において、
前記Ｉ型継手部の突合せ部は、平板を円筒管の形状にロール曲げ加工して成形し、平板の長手方向の端面同士を密着させて突合されて構成されており、
前記第１のアーク溶接及び前記第２のアーク溶接により、成形された円筒管のＩ型継手の長手方向に前記第１の溶接金属部及び前記第二の溶接金属部を形成し、円筒管の表面及び内面が溶接された形状とすることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＩ型継手の溶接方法において、
前記Ｉ型継手部の突合せ部は、同じ板厚の二つの円筒管の端部を密着させて構成されており、前記円筒管の円周方向に前記第１の溶接金属部及び前記第二の溶接金属部を形成し、円筒管の表面及び内面が溶接された形状とすることを特徴とするＩ型継手部の溶接方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記フラックス剤は、ＴｉＯ2，Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2の少なくともいずれかの酸化物を含む粉末であることを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項１０】
請求項９に記載されたＩ型継手の溶接方法において、
前記フラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤは、溶着量１ｇ／分以上７ｇ／分以下の範囲で送給されることを特徴とするＩ型継手の溶接方法。
【請求項１１】
ステンレス鋼又は低炭素鋼からなり、板厚Ｔが４≦Ｔ≦１６mmの部材を突合せた突合せ部に、表裏両側より、アーク溶接により形成された溶接金属部を有するＩ型溶接継手であって、
溶け込み深さ促進性のフラックス剤が充填されているフラックス入りワイヤ，ソリッドワイヤ，ストランドワイヤの少なくともいずれかのワイヤを用いて前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させた溶け込み形状の第１の溶接金属部と、
前記第一の溶接金属部の裏側より、前記フラックスワイヤを用いて前記板厚Ｔの１／２以上４／５以下の深さまで溶融させ、かつ前記第１の溶接金属部の先端部と融合し合った溶け込み形状の第２の溶接金属部とを有することを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１２】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記突合せ部は同じ板厚の部材より形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１３】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記Ｉ型溶接継手は、円筒管の長手方向に設けられており、
前記突合せ部は、平板を曲げて長手方向の端面同士を密着させて形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１４】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、
前記Ｉ型溶接継手は、円筒管の円周方向に設けられており、前記突合せ部は同じ板厚かつ内径の円筒管の端面を密着させて形成されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１５】
請求項１１に記載されたＩ型溶接継手であって、前記Ｉ型溶接継手は、原子力機器又は火力機器に使用される溶接構造物に組み込まれており、少なくとも一方の溶接部が腐食性流体若しくは水圧流体と接触する環境状態に配備されていることを特徴とするＩ型溶接継手。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれかに記載されたＩ型溶接継手を備えたことを特徴とする溶接構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１２５４９０（Ｐ２０１０−１２５４９０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３３７９（Ｐ２００８−３０３３７９）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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