CN108367376B - 立式窄坡口气体保护弧焊方法 - Google Patents

Abstract

作为焊丝，使用含有0.015～0.100质量％的REM且含有总计为0.005～0.100质量％的选自Se及Te中的一种或两种的焊丝，适当控制初层焊接条件，尤其是焊炬角度、焊接热量输入量以及摆动条件。

Description

立式窄坡口气体保护弧焊方法

技术领域

本发明涉及窄坡口气体保护弧焊方法，尤其是涉及能够适用于两张厚钢材的对焊的立式窄坡口气体保护弧焊方法。

在本发明中，“窄坡口”是指坡口角度为20°以下且成为被焊接材料的钢材间的最小坡口宽度为该钢材的板厚的50％以下的情况。

背景技术

钢的焊接施工使用的气体保护弧焊通常是将CO₂单独的气体、或者Ar与CO₂的混合气体使用于熔融部的保护的消耗电极式。这样的气体保护弧焊在汽车、建筑、桥梁及电气设备等的制造领域中被广泛使用。

然而，近年来，伴随着钢构造物的大型化/厚壁化，制造过程中的焊接、尤其是钢材的对焊中的熔敷量增大，进而焊接施工需要较多的时间，会导致施工成本的增大。

作为对其进行改善的方法，可考虑通过弧焊法将相对于板厚较小的间隙的坡口焊接的、窄坡口气体保护弧焊的适用。该窄坡口气体保护弧焊与通常的气体保护弧焊相比熔敷量减少，因此能够实现焊接的高效率化/节能化，甚至可期待带来施工成本的降低。

另一方面，在立式的高效率焊接中，通常适用电渣焊，但是基本为1焊道大小的热量输入焊接，在板厚超过60mm的焊接中，热量输入变得过多而韧性可能会下降。而且，在1焊道焊接中存在板厚的极限，尤其是板厚超过65mm的焊接的现状是当前在技术上还未确立。

因此，希望开发出将窄坡口气体保护弧焊适用于立式焊接的高品质且高效率的焊接方法。

作为将这样的窄坡口气体保护弧焊适用于立式焊接的焊接方法，例如，专利文献1公开了以两面U型坡口接头为对象的两侧多层焊接方法。在该焊接方法中，进行使用了惰性气体的基于TIG焊接的层叠焊接，通过使用惰性气体而抑制熔渣或溅射物的产生，防止层叠缺陷。

然而，作为非消耗电极式的TIG焊接与使用作为消耗电极的钢丝的MAG焊接或CO₂焊接相比，焊接法其本身的效率较大地劣化。

另外，专利文献2公开了为了抑制溅射物或熔合不良而进行焊炬的摆动的窄坡口的立式焊接方法。

然而，在该焊接方法中，焊炬的摆动方向不是坡口深度方向而是钢板表面方向，因此需要在熔融金属滴落之前使焊炬摆动，结果是，需要使焊接电流为150A左右的低电流，需要抑制每1焊道的熔敷量(≈热量输入量)。

因此，在将该焊接方法适用于板厚较大的厚钢材的焊接时，成为少量多焊道的层叠焊接，除了熔深不良等层叠缺陷增多外，焊接效率较大地下降。

此外，在专利文献3中，与专利文献2同样，公开了为了抑制熔合不良而进行焊炬的摆动的立式焊接方法。

在此公开的面角度(坡口角度)为26.3～52°，较宽，但是在此的焊炬的摆动也是相对于坡口深度方向进行。因此，在专利文献3的立式焊接方法中，能够比较多地取得每1焊道的熔敷量。

然而，坡口深度方向的摆动量小，而且未考虑焊接金属及焊丝组成，因此需要抑制每1焊道的熔敷量(≈热量输入量)，每1焊道的焊接深度变浅为10mm左右。

因此，在将该焊接方法适用于板厚较大的厚钢材的焊接时，仍成为少量多焊道的层叠焊接，除了熔深不良等层叠缺陷增多外，焊接效率下降。

另外，专利文献4公开了能够进行极厚材料的1焊道焊接的2电极的二氧化碳气体保护焊装置。

通过该2电极的二氧化碳气体保护焊装置的使用，能够进行板厚至70mm左右的厚钢材的接合。然而，由于2电极化而热量输入量大幅地增加为360kJ/cm左右。因此，对钢板的热影响大，在接头要求高特性(强度、韧性)的情况下，满足这样的特性的情况变得非常困难。

另外，在该2电极的二氧化碳气体保护焊装置中，在坡口中，在背面侧设置陶瓷的背面垫板且在表面(焊接机侧)设置水冷式的铜压板的按压机构的情况不可或缺，虽然没有熔融金属的滴落的担心，但是焊接装置变得复杂。

此外，在该2电极的二氧化碳气体保护焊装置中，在表面(焊接机侧)设置铜压板的按压机构的情况不可或缺，因此基本是1焊道焊接，难以设为多焊道的层叠焊接而实现低热量输入化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-61483号公报

专利文献2：日本特开2010-115700号公报

专利文献3：日本特开2001-205436号公报

专利文献4：日本特开平10-118771号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，能够适用于厚钢材的焊接的高品质且高效率的立式窄坡口气体保护弧焊方法的现状是还未被开发。

另一方面，焊接自动化技术(焊接机器人)的轻量/高机能/高精度化不断进展，适合于目前为止困难的坡口形状和焊接姿势的焊炬的摆动成为可能，通过对其进行有效利用，能够成为适合于钢材、坡口形状、焊接姿势及焊接材料(焊丝)的焊接施工(条件设定)。

本发明的目的在于提供一种通过有效利用高机能且高精度的焊接自动化技术而能够适用于厚钢材尤其是板厚为40mm以上的厚钢材的焊接的、高品质且高效率的立式窄坡口气体保护弧焊方法。

用于解决课题的方案

发明者们为了解决上述的课题，关于将立式窄坡口气体保护弧焊适用于厚钢材时的焊接条件，反复进行了仔细研究。

其结果是，得到了如下的见解：在进行厚钢材的立式的窄坡口气体保护弧焊时，为了在焊接金属及热影响部得到所希望的机械性特性并实现焊接的高效率化，设为窄坡口而降低熔敷量并极力抑制每1焊道的焊接热量输入量的情况至关重要。

因此，发明者们对于进行上述的焊接用的焊接条件，进一步展开了研究。其结果是，得到了如下的见解：在将坡口条件设为规定的条件的基础上，使用具有规定的成分组成的焊丝并适当控制初层的焊接条件的情况有效。即，得到了如下的见解：通常，焊丝使用具有与作为被焊接材料的钢材为相似金属系的成分组成的焊丝，但是通过使用向其中复合添加了REM、Se及Te的焊丝，并且适当控制初层的焊接条件中的尤其是焊炬角度及摆动条件，从而实现包含立式焊接中成为问题的熔融金属的滴落的抑制在内的焊道形状的稳定化和焊接缺陷的发生防止，并得到高韧性的焊接接头。并且，由此得到了如下的见解：即便是板厚为40mm以上的厚钢材，也能得到所希望的机械性特性，能够进行高品质且高效率的立式窄坡口气体保护弧焊。

本发明是基于上述的见解并进一步研讨之后完成的发明。

即，本发明的主旨结构如下所述。

1.一种立式窄坡口气体保护弧焊方法，将坡口角度设为20°以下，将坡口间隔设为20mm以下，将板厚为40mm以上的两张厚钢材通过使用摆动的单层焊接或多层焊接进行接合，其中，

作为焊丝，使用含有0.015～0.100质量％的REM且含有总计为0.005～0.100质量％的选自Se及Te中的一种或两种的焊丝，

在初层焊接时，将焊炬的角度相对于水平方向设为10°以上且75°以下，将焊接热量输入设为500kJ/cm以下，并且将板厚方向上的摆动深度设为15mm以上且50mm以下，并且在将初层焊接的焊道宽度设为W的情况下将与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度设为(W-6)mm以上且Wmm以下，从而进行焊炬的摆动。

2.根据所述1记载的立式窄坡口气体保护弧焊方法，其中，

在所述初层焊接的摆动中，从焊接线方向观察到的焊炬的摆动图案为コ字形。

发明效果

根据本发明，即便在将板厚为40mm以上的厚钢材进行焊接的情况下，也能实现包含立式焊接中成为问题的熔融金属的滴落抑制在内的焊道形状的稳定化，并防止焊接缺陷，实施高品质且高效率的窄坡口气体保护弧焊，能够得到高韧性的焊接接头。

另外，本发明的焊接方法使用具有规定的成分组成的焊丝，并适当控制初层焊接条件，由此，与通常的气体保护弧焊相比，溅射物的产生少，而且也能够防止电弧向坡口壁面的攀爬而进行焊接，因此焊接缺陷特别少，能够实现由焊接的高效率化产生的节能化，能够实现焊接施工成本的大幅降低。

附图说明

图1是表示各种坡口形状的例子的图。

图2是表示在V形的坡口形状下，利用本发明的一实施方式的焊接方法来实施初层焊接时的施工要领的一例的图。

图3是表示在V形的坡口形状下，利用本发明的一实施方式的焊接方法实施了初层焊接之后的坡口截面的一例的图。

图4是表示初层焊接的摆动中的从焊接线方向观察到的焊炬的摆动图案的例子的图，(a)为コ字形的情况，(b)为梯形的情况，(c)为V字形的情况，(d)为三角形的情况。

具体实施方式

以下，具体地说明本发明。

图1(a)～(c)是表示各种坡口形状的例子的图。图中，标号1是厚钢材，2是厚钢材的坡口面，3是(Y形坡口处的)钢材下段部的坡口，利用记号θ表示坡口角度，利用G表示坡口间隔，利用t表示板厚，利用h表示(Y形坡口处的)钢材下段部的坡口高度。

如该图所示，在此作为对象的坡口形状也可以设为V形坡口(包括I形坡口及レ形坡口)及Y形坡口中的任一个，而且还可以如图1(c)所示设为多段的Y形坡口。

需要说明的是，如图1(b)及(c)所示，Y形坡口时的坡口角度及坡口间隔设为钢材下段部的坡口处的坡口角度及坡口间隔。在此，钢材下段部的坡口是指从在焊接时成为背面(以焊接装置(焊炬)侧的面为表面，以其相反侧的面为背面)的钢材面至板厚的20～40％左右的区域。

另外，图2是表示在V形的坡口形状下，利用本发明的一实施方式的焊接方法实施初层焊接时的施工要领的图。图中，标号4是焊炬，5是焊丝，6是背面垫板材料，φ是焊炬相对于水平方向的角度。需要说明的是，关于焊接线、熔融池及焊道，省略图示。

在此，如图2所示，本焊接方法是将成为规定的板厚的2张厚钢材对接，利用使用摆动的立式焊接将上述的厚钢材彼此接合的气体保护弧焊，基本上为使行进方向向上的向上焊接。

需要说明的是，在此，以V形的坡口形状为例进行了表示，但是在其他的坡口形状下也同样。

此外，图3是表示在V形的坡口形状下，利用本发明的一实施方式的焊接方法实施了初层焊接之后的坡口截面的图。图中，标号7是焊道(初层焊接的焊道)，利用记号D表示初层焊接的接合深度，利用W表示初层焊接的焊道宽度(初层焊接后的坡口间的间隔)。

需要说明的是，初层焊接的接合深度D是以在焊接时成为背面的钢材面为起点的情况下的初层焊接的焊道高度的最小值(距起点的钢材面最近(低)的初层焊接的焊道高度)。

在此，以V形的坡口形状为例进行了表示，但是在其他的坡口形状下，D及W也同样。

接下来，在本发明的焊接方法中，说明将底部坡口角度、底部坡口间隔及钢材的板厚限定为前述的范围的理由。

坡口角度θ：20°以下

钢材的坡口部越小，则越能够进行更快且高效率的焊接，反面越容易产生熔合不良等缺陷。而且，坡口角度超过20°时的焊接在以往的施工方法中也能够实施。因此，在本发明中，以在以往的施工方法中难以施工且预估到进一步高效率化的坡口角度：20°以下的情况为对象。

需要说明的是，在V形坡口下，坡口角度为0°的情况称为所谓I形坡口，距熔敷量的面为该0°的情况最有效，坡口角度也可以为0°(I形坡口)，但是由于焊接热应变而坡口在焊接中关闭，因此预估到这种情况而优选设定与板厚t(其中，在Y形坡口的情况下为钢材下段部的坡口高度h)对应的坡口角度。

具体而言，坡口角度优选为(0.5×t/20)°以上且(2.0×t/20)°以下，更优选为(0.8×t/20)°以上且(1.2×t/20)°以下。例如，在板厚t为100mm时，坡口角度优选为2.5°以上且10°以下，更优选为4°以上且6°以下。

不过，如果板厚t超过100mm，则优选范围的上限超过10°，但是这种情况的优选范围的上限设为10°。

坡口间隔G：20mm以下

钢材的坡口部越小，则越能够进行更快且高效率的焊接。而且，在坡口间隔超过20mm时的焊接中，熔融金属容易滴落且施工困难。作为其对策，需要将焊接电流抑制得较低，但容易产生熔渣卷入等焊接缺陷。因此，坡口间隔以20mm以下的情况为对象。优选为4mm以上且12mm以下。

板厚t：40mm以上

钢材的板厚设为40mm以上。这是因为，如果钢材的板厚小于40mm，则即便使用以往的焊接方法，例如专利文献4的二氧化碳气体保护焊，接头的强度、韧性等性能也不会产生大的问题。

需要说明的是，在以一般的轧制钢材为对象时，板厚通常100mm为上限。因此，钢材的板厚优选设为100mm以下。

需要说明的是，作为被焊接材料的钢种，特别优选高张力钢(例如，造船用极厚YP460MPa级钢(拉伸强度570MPa级钢)或建筑用TMCP钢SA440(拉伸强度590MPa级钢))。这是因为，高张力钢的焊接热量输入限制严格，焊接金属容易产生破裂，而且由于焊接热影响而得不到要求的接头强度或韧性。相对于此，在本发明的焊接方法中，能够进行热量输入量：500kJ/cm以下且高效的焊接，即便是590MPa级高张力钢板、成为高合金系的590MPa级耐蚀钢也能够焊接。当然，对于软钢也能够没有问题地应对。

以上，在本发明的焊接方法中，说明了对坡口角度、坡口间隔及钢材的板厚进行限定了的理由，但是在本发明的焊接方法中，由于以适合于上述的厚钢材的坡口形状及板厚的热量输入量高效地进行焊接，因此使用在与成为被焊接材料的钢材为相似金属系的成分组成中复合添加有REM、Se及Te的焊丝并适当地控制初层焊接条件的情况至关重要。

以下，说明在本发明的焊接方法中使用的焊丝的成分组成。

REM：0.015～0.100质量％

REM是为了制钢及铸造时的夹杂物的微细化或焊接金属的韧性改善而有效的元素。而且，REM尤其是在焊丝为正极性(焊丝负：wire minus)的情况或增大焊接电流的情况下，也具有熔滴的微细化和熔滴转移的稳定化、进而能够更有利地抑制向坡口面的电弧的产生这样的效果。通过该熔滴的微细化和熔滴转移的稳定化，能够抑制溅射物的产生，进行稳定的气体保护弧焊。在此，REM含量小于0.015质量％的话，得不到该熔滴的微细化和熔滴转移的稳定化效果。另一方面，当REM含量超过0.100质量％时，在焊丝的制造工序中产生破裂，或导致焊接金属的韧性的下降。因此，焊丝的REM含量设为0.015～0.100质量％的范围。优选为0.025质量％以上且0.050质量％以下。

选自Se及Te中的1种或2种：总计为0.005～0.100质量％

Se及Te都使熔融金属的粘性下降，促进在焊丝的前端悬垂的熔滴的脱离。而且，Se及Te尤其是在焊丝为正极性(焊丝负)的情况或增大焊接电流的情况下，也具有熔滴的微细化和熔滴转移的稳定化、以及能够更有利地抑制向坡口面的电弧的产生的效果。在此，Se及Te的含量的总计小于0.005质量％的话，得不到这样的效果。另一方面，当Se及Te的含量的总计超过0.100质量％时，电弧变得不稳定，得不到均一的焊道形状。因此，焊丝的Se及Te的总计的含量设为0.005～0.100质量％的范围。优选为0.010质量％以上且0.080质量％以下。

需要说明的是，关于上述的以外的成分没有特别限定，只要根据成为被焊接材料的钢材的钢种等而适当选择即可。例如，在对上述那样的高张力钢板进行焊接时，只要设为除了上述的REM、Se及Te之外，含有C：0.10～0.20质量％、Si：0.05～2.5质量％、Mn：0.25～3.5质量％、P：0.05质量％以下、S：0.02质量％以下、Al：0.005～3.00质量％、O：0.0080质量％以下及N：0.008质量％以下，且其余部分成为Fe及不可避免的杂质的成分组成即可。需要说明的是，P、S、O及N也可以为0质量％。

接下来，说明本发明的焊接方法的初层焊接条件。

焊炬(供电焊嘴前端)的角度φ：相对于水平方向为10°以上且75°以下

通过焊炬的角度相比垂直而接近于水平，从而电弧相比焊道表面而成为背面朝向，能够抑制熔融金属的滴落。在此，焊炬的角度相对于水平方向而小于10°的话，焊道的形成变得困难。另一方面，焊炬的角度相对于水平方向而超过75°的话，难以抑制熔融金属的滴落。因此，焊炬的角度相对于水平方向而需要设为10°以上且75°以下。优选为30°以上且45°以下。

焊接热量输入量：500kJ/cm以下

在多层焊接中，通过增大每1焊道的热量输入量(＝熔敷量)而减少焊道数，能够降低焊接层叠缺陷。然而，当焊接热量输入量过大时，难以确保焊接金属的强度、韧性，此外钢材热影响部的软化抑制、晶粒粗大化引起的韧性的确保变得困难。尤其是当焊接热量输入量超过500kJ/cm时，为了确保焊接金属的特性，考虑了钢材稀释的专用焊丝不可或缺，此外，钢材也需要能耐受焊接热量输入的设计的钢材。因此，焊接热量输入量设为500kJ/cm以下。优选为450kJ/cm以下。

需要说明的是，关于焊接热量输入量的下限虽然没有特别限定，但是通常为了确保熔融金属并得到没有焊接缺陷的焊接部而焊接热量输入量高的情况有利。在此，在窄坡口焊接中，焊接热量输入量小于30kJ/cm的话，坡口面的熔融不足，可能会产生熔合不良。因此，焊接热量输入量优选设为30kJ/cm以上。更优选为90kJ/cm以上。

焊炬的摆动中的在板厚方向上的摆动深度L：15mm以上且50mm以下

本焊接方法是进行焊炬的摆动的方法，但是适当控制该焊炬的摆动中的在板厚方向上的摆动深度L以及后述的在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度M的情况至关重要。

需要说明的是，各种摆动图案中的在板厚方向上的摆动深度L以及在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度M如图4(a)～(d)所示。

在此，在本焊接方法中作为基本的向上立焊中，接合深度和板厚方向的摆动宽度成为相同程度。因此，在板厚方向上的摆动深度小于15mm的话，难以得到所希望的接合深度。另一方面，在板厚方向上的摆动深度超过50mm时，不仅难以得到所希望的接合深度，而且焊接热量输入量变得过多，在焊接金属或钢材的热影响部难以得到所希望的机械特性，此外容易产生高温破裂、焊接中的热量分散造成的坡口面的熔合不良、熔渣卷入等焊接缺陷。

因此，在板厚方向上的摆动深度设为15mm以上且50mm以下。需要说明的是，在单层焊接的情况下，优选为20mm以上且50mm以下。而且，在多层焊接的情况下，优选为25mm以上且40mm以下。

焊炬的摆动中的在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度M：(W-6)mm以上且Wmm以下(W：初层焊接的焊道宽度)

为了防止坡口面的未熔融，需要将与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度设为(W-6)mm以上。另一方面，在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度超过Wmm时，熔融金属滴落而焊接不成立。

因此，在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度设为(W-6)mm以上且Wmm以下的范围。优选为(W-4)mm以上且(W-1)mm以下。

需要说明的是，在单层焊接的情况下，W是在焊接时成为表面(焊接装置(焊炬)侧的面)的钢材面处的坡口宽度。

另外，关于焊炬的摆动图案，没有特别限定，如图4(a)～(d)所示，从焊接线方向(与焊接行进方向一致，通常为铅垂方向)观察时设为コ字形、V字形、梯形及三角形等。需要说明的是，图4(a)～(d)中，焊炬的朝向改变的各点(在图4(a)中为B点及C点)处的焊炬的轨迹可以有棱角，也可以带有圆角。

但是，在向上立焊中，接近焊接表面侧的部位的摆动容易产生熔融金属的滴落。而且，在焊炬动作与坡口面错开时，得不到坡口面的均一的熔融，容易产生熔合不良等焊接缺陷。尤其是不需要反转动作的一般的梯形及三角形的摆动图案中，装置负荷小，反面由于接近焊接表面侧的部位处的焊炬动作(图4(b)的梯形摆动图案的D点→A点、图4(d)的三角形摆动图案的C点→A点)而容易产生熔融金属的滴落。而且，在V字形或三角形的摆动图案中，在坡口间隔大(例如，6mm以上)时，焊炬动作与坡口面偏离(例如，在图4(c)的A点→B点的动作中，焊炬前端的轨迹与坡口面(接近焊炬的一侧)不平行等)，得不到坡口面的均一的熔融，有时会产生熔合不良等焊接缺陷。因此，从抑制熔融金属的滴落和焊接缺陷的产生的观点出发，优选设为能够使焊炬沿着坡口面平行地动作的コ字形的摆动图案。

需要说明的是，板厚方向上的摆动时的焊炬前端的最深点(例如，图4(a)、(b)的B点及C点，图4(c)、(d)的B点)的距钢材背面的距离a通常为2～5mm左右。

另外，在对于上述的坡口形状适用コ字形摆动或梯形摆动的情况下，图4(a)、(b)中的M₁、M₂、M₃分别成为2～18mm、0～10mm、0～10mm左右。

此外，摆动时的频率或停止时间(图4所示的A点等各点处的停止时间)没有特别限定，只要设为例如频率为0.25～0.5Hz(优选为0.4Hz以上且0.5Hz以下)，停止时间为0～0.5秒(优选为0.2秒以上且0.3秒以下)左右即可。

另外，在此，为了将作为对象的板厚：40mm以上的厚钢材尤其是通过2焊道以上的多层焊接进行焊接，而初层焊接的接合深度优选设为15mm以上。初层焊接的接合深度小于15mm的话，焊接热集中，容易产生熔融金属的滴落。另一方面，初层焊接的接合深度超过60mm时，焊接热量输入容易变得过多，此外容易产生高温破裂、焊接中的热量分散造成的坡口面的熔合不良、熔渣卷入等焊接缺陷。因此，初层焊接的接合深度优选设为15mm以上且60mm以下。需要说明的是，在单层焊接的情况下，更优选为20mm以上且55mm以下。而且，在多层焊接的情况下，更优选为15mm以上且50mm以下，进一步优选为25mm以上且40mm以下。

另外，使用的焊丝的极性从充分获得利用REM、Se及Te的添加而得到的熔滴的微细化和熔滴转移的稳定化效果的观点出发而优选为焊丝负(wire minus)(正极性)。

关于上述以外的条件，虽然没有特别规定，但是小于平均焊接电流270A的话，熔融池小，在表面侧成为每当焊炬摆动时反复进行熔融和凝固的多层焊接那样的状态，容易产生熔合不良或熔渣卷入。另一方面，当平均焊接电流超过360A时，容易产生熔融(焊接)金属的滴落，此外由于焊接烟尘和溅射物而电弧点的确认变得困难，因此施工中的调整变得困难。因此，平均焊接电流优选设为270～360A。而且，通过将平均焊接电流设为270～360A，能抑制焊接烟尘、溅射物的产生并得到稳定的熔深，因此在实施本焊接方法方面更加有利。

关于除此以外的条件，只要按照通用方法即可，只要是例如焊接电压：28～37V(与电流一起上升)，焊接速度(向上)：1～15cm/分钟(优选为4cm/分钟以上且9cm/分钟以下)，焊丝突出长度：20～45mm，焊丝直径：1.2～1.6mm左右即可。

另外，关于保护气体组成也没有特别限定，只要按照常用方法，使用CO₂单独的气体、或者Ar与CO₂的混合气体等即可。

以上，说明了初层焊接条件，但是关于上述以外的各焊接层的焊接条件，没有特别限定，例如，只要与初层焊接同样地进行与接合深度对应的摆动而进行焊接即可。这种情况下，焊接电流或焊接电压、使用的焊丝等焊接条件只要与初层焊接的情况同样地适当选择即可。

另外，到焊接完成为止的层叠数从防止层叠缺陷的观点出发优选设为2至4层左右。需要说明的是，在单层焊接的情况下，初层焊接成为最终层焊接。

实施例

对于表1所示的坡口形状的2张钢材，以表2所示的焊接条件实施了窄坡口的向上立式气体保护弧焊。

在此，钢材都使用了S：0.005质量％以下、O：0.003质量％以下、N：0.004质量％以下的钢材。需要说明的是，钢材的坡口加工使用气割，坡口面未进行研磨等修整。

另外，焊丝使用了钢材强度用或比其高1等级用的级别的1.2mmφ的实心焊丝。需要说明的是，表2所示的REM、Se及Te以外的焊丝的成分组成都设为含有C：0.10～0.20质量％、Si：0.6～0.8质量％、Mn：0.25～2.0质量％、P：0.01质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.005～0.03质量％、O：0.0030质量％以下、及N：0.005质量％以下，其余部分成为Fe及不可避免的杂质的成分组成。

此外，焊接电流为270～360A，焊接电压为28～37V(与电流一起上升)，平均焊接速度为1.2～9.2cm/分钟(在焊接中进行调整)，平均的焊丝突出长度为30mm，焊接长度为400mm。而且，在任一情况下，都使用CO₂单独的气体作为保护气体，设置与通常的弧焊的喷嘴不同的气体保护系统，进行了焊接。

需要说明的是，No.8、9、13～15为多层焊接，在初层以外的各层的焊接中，也使用上述的焊丝，焊接电流为270～360A，焊接电压为28～37V的范围，进行适用了摆动的气体保护弧焊，对于焊接接头进行了精加工。而且，No.1～7、10～12、16～19为单层焊接，对于焊接接头进行了精加工。

在初层焊接后，通过任意选择的5点的截面宏观组织观察，测定了焊道宽度及接合深度。需要说明的是，关于焊道宽度，将测定的值的最大值作为初层焊接的焊道宽度W，关于接合深度，将测定的值的最小值作为初层焊接的接合深度D。

另外，关于初层焊接时的熔融金属的滴落，通过目视进行了如下评价。

◎：没有焊接金属的滴落

○：焊接金属的滴落为2部位以下

△：焊接金属的滴落为3部位以上且4部位以下

×：焊接金属的滴落为5部位以上或焊接中断

此外，对于最终得到的焊接接头，实施超声波探伤检查，如下所述地进行了评价。

◎：没有检测到缺陷

○：仅检测到缺陷长度为3mm以下的合格缺陷

×：检测到缺陷长度超过3mm的缺陷

此外，对于最终得到的焊接接头，遵照JIS Z 2242(试验温度：0℃)，以使焊接金属中心部成为凹口位置的方式进行夏氏冲击试验，测定试验温度下的吸收能量vE₀(J)，按照如下的基准，评价了焊接金属的韧性。

◎：vE₀(J)为47J以上

○：vE₀(J)小于47J且为27J以上

×：vE₀(J)小于27J

上述的结果一并记载于表2中。

[表1]

表1

[表2]

如表2所示，在作为发明例的No.3、5、7～9、11、13～15中，没有初层焊接金属的滴落，或者即使有也为2部位以下。而且，在超声波探伤检查中，也没有检测到缺陷，即使有缺陷长度也为3mm以下。此外，在这些发明例中，都得到了优异的焊接金属的韧性。

另一方面，作为比较例的No.1、2、4、6、10、12、16～19存在5部位以上的焊接金属的滴落，或者在超声波探伤检查中检测到缺陷长度超过3mm的缺陷，及/或得不到充分的焊接金属的韧性。

标号说明

1：厚钢材

2：厚钢材的坡口面

3：钢材下段部的坡口

4：焊炬

5：焊丝

6：背面垫板材料

7：焊道(初层焊接的焊道)

θ：坡口角度

G：坡口间隔

h：钢材下段部的坡口高度

t：板厚

φ：焊炬相对于水平方向的角度

D：初层焊接的接合深度

W：初层焊接的焊道宽度

L：在板厚方向上的摆动深度

M：在与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度。

Claims (2)

1.一种立式窄坡口气体保护弧焊方法，将坡口角度设为20°以下，将坡口间隔设为20mm以下，将板厚为40mm以上的两张厚钢材通过使用摆动的单层焊接或多层焊接进行接合，其中，

作为焊丝，使用含有0.015～0.100质量％的Rare Earth Metal且含有总计为0.005～0.100质量％的选自Se及Te中的一种或两种的焊丝，

在初层焊接时，将焊炬的角度相对于水平方向设为10°以上且75°以下，将焊接热量输入设为500kJ/cm以下，并且将板厚方向上的摆动深度设为15mm以上且50mm以下，并且在将初层焊接的焊道宽度设为W的情况下将与板厚方向及焊接线垂直的方向上的摆动最大宽度设为(W-6)mm以上且Wmm以下，且将所述摆动最大宽度设为0mm以上，从而进行焊炬的摆动。

2.根据权利要求1所述的立式窄坡口气体保护弧焊方法，其中，

在所述初层焊接的摆动中，从焊接线方向观察到的焊炬的摆动图案为“コ”字形。

Images