CN109641306A - 立式窄坡口气体保护弧焊方法 - Google Patents

立式窄坡口气体保护弧焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种立式窄坡口气体保护弧焊方法。在作为规定的坡口条件，通过使用摆动的单层焊接或者多层焊接来接合板厚为10mm以上的2张厚钢材的立式窄坡口气体保护弧焊方法中，使用含有规定量的REM的焊丝，并且使用具备弯曲部和由该弯曲部划分成的前端部的焊炬，进行初层焊接的摆动，此时，在相对于厚钢材的坡口面摆动时，以规定的条件使焊炬的前端部朝向该厚钢材的坡口面摇动。

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，特别是涉及能够应用于2张厚钢材的对接焊接的立式窄坡口气体保护弧焊方法。
这里，“窄坡口”是指坡口角度是20°以下并且坡口间隙是20mm以下。
背景技术
用于钢的焊接施工的气体保护弧焊通常是将单独的CO2气体，或者Ar与CO2的混合气体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、桥梁以及电气设备等制造领域中被广泛地使用。
然而近几年，伴随着钢构造物的大型化/厚壁化，制作过程中的焊接，特别是钢材的对接焊接中的熔敷量增大，进而在焊接施工中需要较多的时间，导致施工成本增大。
作为改善上述问题的方法，考虑了利用电弧焊接法对相对于板厚较小的间隙的坡口进行多层焊接的、窄坡口气体保护弧焊的应用。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变少，所以能够实现焊接的高效率化/节能化，进而期待带来施工成本的减少。
另一方面，在立式的高效率焊接中通常应用电渣焊，但一道次高热输入焊接是基本的，在板厚超过60mm的焊接中担心热输入过多而韧性降低。另外，现状是一道次焊接对板厚有限制，特别是板厚超过65mm的焊接还未确立技术。
因此，期望开发将窄坡口气体保护弧焊应用于立焊的高品质并且高效率的焊接方法。
作为这样的窄坡口气体保护弧焊应用于立焊的焊接方法，例如在专利文献1中公开了将双面U型坡口接头作为对象的两侧多层焊接方法。在该焊接方法中，进行基于使用了惰性气体的TIG焊接的层叠焊接，通过使用惰性气体能够抑制熔渣、溅射的产生，防止层叠缺陷。
然而，作为非消耗电极式的TIG焊接与使用消耗电极亦即钢丝的MAG焊接、CO2焊接比较，焊接法其本身的效率很低。
另外，在专利文献2中公开了为了抑制溅射、熔合不良而进行焊炬的摆动的窄坡口的立焊方法。
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，所以需要在熔融金属滴下之前使焊炬摆动，结果是将焊接电流设为150A左右的低电流，需要抑制每一道次的熔敷量(≈热输入量)。
因此，在将该焊接方法应用于板厚大的厚钢材的焊接的情况下，除了成为少量多道次的层叠焊接而熔深不良等层叠缺陷变多以外，焊接效率也较大地降低。
并且，在专利文献3中与专利文献2相同，公开了为了抑制熔合不良而进行焊炬的摆动的立焊方法。
这里公开的面角度(坡口角度)宽至26.3～52°，但这里的焊炬的摆动也相对于坡口深度方向来进行。因此，在专利文献3的立焊方法中，能够较多地取得每一道次的熔敷量。
然而，坡口深度方向的摆动量小，而且没有考虑焊接金属以及焊丝组成，所以需要抑制每一道次的熔敷量(≈热输入量)，每一道次的焊接深度浅至10mm左右。
因此，在将该焊接方法应用于板厚大的厚钢材的焊接的情况下，除了仍然成为少量多道次的层叠焊接而熔深不良等层叠缺陷变多以外，焊接效率也降低。
另外，在专利文献4中公开了能够进行极厚材的一道次焊接的双电极的气体保护电弧焊装置。
通过该双电极的气体保护电弧焊装置的使用，使板厚为70mm左右的厚钢材的接合成为可能。然而，通过双电极化而热输入量大幅度地增加到360kJ/cm左右，所以对钢板的热影响变大，在对接头要求高的特性(强度、韧性)的情况下，满足这样的特性是非常困难的。
另外，在该双电极的气体保护电弧焊装置中，在坡口中，在背面侧设置陶瓷的垫板，在表面(焊接机侧)设置水冷式的铜衬底的挤压机构是必不可少的，虽没有熔融金属的滴下的担心，但焊接装置变得复杂。
此外，在该双电极的气体保护电弧焊装置中，由于在表面(焊接机侧)设置铜衬底的挤压机构是必不可少的，所以一道次焊接是基本的，难以以多次的层叠焊接的方式实现低热输入化。
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
专利文献5：日本专利第5884209号公报
发明内容
如上所述，现状是还没有开发出能够应用于厚钢材的焊接的高品质并且高效率的立式窄坡口气体保护弧焊方法。
另一方面，随着焊接自动化技术(焊接机器人)的轻型/高功能/高精度化，以往困难的适合于坡口形状和焊接姿势的焊炬的摆动成为能够，通过活用该技术，适合于钢材、坡口形状、焊接姿势以及焊接材料(焊丝)的焊接施工(条件设定)成为可能。
本发明目的在于提供一种活用高功能并且高精度的焊接自动化技术，进行与坡口形状、焊接姿势等对应的精密的焊炬的摆动，由此，能够高品质并且高效率地进行厚钢材的焊接的、立式窄坡口气体保护弧焊方法。
于是，发明者们为了解决上述课题反复进行了研究，首先，
开发了“一种立式窄坡口气体保护弧焊方法，将坡口角度设为25°以下，将坡口间隙设为20mm以下，通过使用摆动的立式多层焊接来接合板厚是40mm以上的2张厚钢材，其中
在初层焊接时，将焊炬的角度相对于水平方向设为25°以上且75°以下，将焊接热输入设为30kJ/cm以上且170kJ/cm以下，并且将在板厚方向的摆动深度设为15mm以上且50mm以下，并且将初层焊接的焊缝宽度设为W的情况下，将在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度设为(W-6)mm以上且Wmm以下，进行焊炬的摆动，
将上述初层焊接的接合深度设为20mm以上且50mm以下”，并在专利文献5中进行了公开。
根据上述专利文献5的技术，能够提供一种应用于厚钢材的焊的、高品质并且高效率的立式窄坡口气体保护弧焊方法。
然而，在专利文献5的技术中，在坡口角度进一步变小的情况下，因焊丝的组成，而产生了电弧越过坡口壁面而焊接变得不稳定，在焊接中产生溅射而容易产生焊接缺陷这样的问题。
因此发明者们为了解决上述问题，进一步反复研究如图得到了以下见解：
·作为焊丝，使用在0.015～0.100质量％的范围添加了REM的焊丝，并且，
·更详细地控制初层焊接的焊接条件，即通过具备弯曲部和由该弯曲部划分成的前端部的焊炬，进行摆动，此时，在相对于厚钢材的坡口面摆动时，使焊炬的前端部朝向该厚钢材的坡口面并以适当的条件摇动，
由此，即使在坡口角度进一步变小的情况下，也能够防止电弧越过坡口壁面，能够使坡口面充分地熔融，其结果是，能够实现焊接缺陷的产生防止并且能够确保足够的接合深度，能够实现包含抑制在高电流的立焊中成为问题的熔融金属的滴下的焊缝形状的稳定化，并且能够实现焊接接头的高韧性化。
本发明基于上述见解，进一步反复研究而完成。
即本发明的宗旨构成如下所述。
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，将坡口间隙设为20mm以下，通过使用摆动的单层焊接或者多层焊接来接合板厚为10mm以上的2张厚钢材，
其中，
使用含有REM为0.015～0.100质量％的焊丝，并且，
通过具备弯曲部和由该弯曲部划分成的前端部的焊炬，进行初层焊接的摆动，此时，在相对于该厚钢材的坡口面摆动时，使该焊炬的前端部朝向该厚钢材的坡口面摇动，将从该厚钢材的板厚方向观察该焊炬的前端部与焊接线方向一致的位置作为基准位置，将该基准位置处的该焊炬的前端部相对于水平方向的角度θ1设为10°以上且45°以下，将该焊炬的前端部从该基准位置的摇动角度θ2设为5°以上且60°以下，
将该初层焊接的接合深度设为10mm以上。
2.根据上述1记载的立式窄坡口气体保护弧焊方法，将上述接合设为单层焊接，并且将上述坡口间隙设为上述厚钢材的板厚的25％以下。
3.根据上述1记载的立式窄坡口气体保护弧焊方法，将上述接合设为多层焊接，并且将上述初层焊接的接合深度设为10mm以上且70mm以下。
4.根据上述1～3中任一项所述的立式窄坡口气体保护弧焊方法，在上述初层焊接的摆动中，从焊接线方向观察的上述焊炬的摆动图案是コ字形。
根据本发明，即使在以坡口角度小的坡口条件焊接板厚为10mm以上的厚钢材的情况下，也能够实现包含抑制在立焊中成为问题的熔融金属的滴下的焊缝形状的稳定化和防止焊接缺陷的产生并且能够实施高品质并且高效率的窄坡口气体保护弧焊，而能够得到高韧性的焊接接头。
而且，本发明的焊接方法与通常的气体保护弧焊相比熔敷量变少，还能够实现基于焊接的高效率化的节能化，所以能够大幅度地减少焊接施工成本。
另外，在本发明的焊接方法中，不需要专利文献4所示的气体保护电弧焊装置那样的防止熔融金属的滴落的水冷式的铜衬底的挤压机构，所以能够避免装置的复杂化，而且通过多道次并且规定的坡口形状的焊接施工能够抑制每一道次的焊接热输入，所以容易在焊接金属以及钢材热影响部确保所希望的机械特性。
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形的坡口形状中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3是表示相对于厚钢材的坡口面摆动时的焊炬的摇动状态的示意图。
图4是表示在V形的坡口形状中实施了初层焊接后的坡口剖面的一个例子的图。
图5是表示初层焊接的摆动中的从焊接线方向观察的焊炬的摆动图案的图。
具体实施方式
以下，具体地说明本发明。
图1的(a)～(c)是表示各种坡口形状的例子的图。在图中，附图标记1是厚钢材，2是厚钢材的坡口面，3是(Y形坡口中的)钢材下段部的坡口，用标记θ表示坡口角度，用G表示坡口间隙，用t表示板厚，用h表示(Y形坡口中的)钢材下段部的坡口高度。
如该图所示，这里作为对象的坡口形状能够设为V形坡口(包含I形坡口以及レ形坡口)以及Y形坡口中的任一个，而且如图1的(c)所示也能够设为多段的Y形坡口。
此外，如图1的(b)以及(c)所示，Y形坡口的情况下的坡口角度以及坡口间隙设为钢材下段部的坡口的坡口角度以及坡口间隙。这里，钢材下段部的坡口是指在焊接时从成为背面(将焊接装置(焊炬)侧的面设为表面，将其相反侧的面设为背面)的钢材面到板厚的20～40％左右的区域。
另外，图2是表示在V形的坡口形状中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。在图中，附图标记4是焊炬，5是焊丝，6是垫板材料。此外，关于焊接线、熔池以及焊缝省略了图示。
这里如图2所示，本焊接方法是使成为规定的板厚的2张厚钢材对接并通过使用摆动的立焊使上述厚钢材接合的气体保护弧焊，以将行进方向设为朝上的向上焊接为基础。而且，相对于厚钢材的坡口面摆动时，使焊炬的前端部朝向该厚钢材的坡口面而摇动。
此外，这里虽以V形的坡口形状作为例子进行了示出，但其它坡口形状也同样。
并且，图3是表示相对于厚钢材的坡口面摆动时的、焊炬的摇动状态的示意图，图3的(a)以及(b)是分别表示从板厚方向(从图2的厚钢材的背面(有垫板材料的一侧))观察的焊炬处于基准位置的状态以及焊炬以θ2的角度摇动后的状态，图3的(c)是图3的(a)的X向视图。此外，基准位置是如图3的(a)那样从板厚方向观察焊炬的前端部(中心线，即焊丝的突出的方向)与焊接线方向一致的位置。另外，在图3的(a)以及(b)中，欲熔融的厚钢材的坡口面(省略图示)朝向纸面位于左侧。
图中，附图标记7是主体部，8是供电焊嘴，9是弯曲部，10是前端部。这里，前端部10是与弯曲部9相比靠近焊丝(省略图示)侧的部分。此外，弯曲部9虽可以设置于构成焊炬的主体部7以及供电焊嘴8中的任一个，但从施工性的方面等考虑优选设置于供电焊嘴8。
另外，θ1是基准位置处的焊炬的前端部相对于水平方向的角度，θ2是焊炬的前端部从基准位置的的摇动角度，θ3是焊炬的弯曲部的弯曲角度，l是焊炬的前端部的长度，它们分别以焊炬各部分的中心线为基准。
另外，图4是表示在V形的坡口形状中，实施了初层焊接之后的坡口剖面的一个例子的图。在图中，附图标记11是焊缝，用附图标记D表示初层焊接的接合深度，用W表示初层焊接的焊缝宽度(初层焊接后的坡口间的间隙)。
此外，初层焊接的接合深度D是在焊接时将成为背面的钢材面作为起点的情况下的初层焊接的焊缝高度的最小值(距起点的钢材面最近的(低的)初层焊缝高度)。
这里虽以V形的坡口形状为例子进行了示出，但在其它坡口形状中D以及W也是同样的。
接下来，对在本焊接方法中，将坡口角度、坡口间隙以及钢材的板厚限定为上述范围的理由进行说明。
坡口角度θ：20°以下
钢材的坡口部越小越能更快且高效率地焊接，相反，也容易产生熔合不良等缺陷。另外，坡口角度超过20°时的焊接利用现有的施工方法也能够实施。因此，在本焊接方法中，将在现有的施工方法中难以施工并且期待进一步高效率化的坡口角度为20°以下的情况作为对象。
此外，在V形坡口中，在坡口角度是0°的情况下被称为所谓的I形坡口，从熔敷量的方面出发该0°的情况下是最高效的，尽管坡口角度可以是0°(I形坡口)，但因焊接热应变而在焊接中坡口闭合，所以考虑这一点，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，优选坡口角度是(0.5×t/20)～(2.0×t/20)°的范围，进一步优选是(0.8×t/20)～(1.2×t/20)°的范围。例如在板厚t是100mm的情况下，优选坡口角度是2.5～10°的范围，进一步优选是4～6°的范围。
但是，若板厚t超过100mm，则优选范围的上限超过10°，但该情况下的优选范围的上限设为10°。
坡口间隙G：20mm以下
钢材的坡口部越小越能够更快且高效率地焊接。另外，对于坡口间隙超过20mm的情况下的焊接而言，熔融金属容易滴下而施工困难。其对策需要将焊接电流抑制得较低，容易产生夹渣等焊接缺陷。因此，坡口间隙将20mm以下的情况作为对象。优选是4mm以上且12mm以下的范围。另外，特别是在利用仅由初层焊接构成的单层焊接进行接合的情况下，更优选坡口间隙是作为被焊接材料的钢材的板厚的25％以下。进一步优选是20％以下。
板厚t：10mm以上
钢材的板厚设为10mm以上。这是因为，若钢材的板厚小于10mm，则即使利用现有的焊接方法，例如使用了半药芯焊丝的半自动CO2电弧焊接，也存在抑制焊接热输入量并且得到健全的接头的情况。优选是15mm以上，更优选是20mm以上。
此外，在将一般的轧制钢材作为对象的情况下，板厚的上限一般是100mm。因此，这里优选作为对象的钢材的板厚的上限是100mm以下。
另外，作为设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)、建筑用TMCP钢SA440(拉伸强度590MPa级钢))。这是因为，高张力钢除了焊接热输入限制严格，焊接金属容易产生裂纹之外，因焊接热影响而无法获得所要求的接头强度、韧性。与此相对，在本焊接方法中，在热输入量：170kJ/cm以下能够进行高效的焊接，590MPa级高张力钢板、成为高合金系的590MPa级耐腐蚀钢的焊接也能够进行。当然，也能够没有问题地应对软钢。
以上，在本焊接方法中，虽对限定坡口角度、坡口间隙以及钢材的板厚的理由进行了说明，但在本焊接方法中，重要的是使用了向成为被焊接材料的钢材和共金系的组成成分添加了REM的焊丝。
以下，对在本焊接方法中使用的焊丝的组成成分进行说明。
REM：0.015～0.100质量％
REM是在炼钢以及铸造时为了夹杂物的微细化、焊接金属的韧性改善而有效的元素。另外，REM特别是在将焊丝设为正极性(焊丝负极(wire minus))的情况下、将焊接电流设定得较大的情况下，还具有熔滴的微细化和熔滴移动的稳定化，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移动的稳定化，能够抑制溅射的产生，能够进行稳定的气体保护弧焊。这里，若REM含有量小于0.015质量％，则无法得到该熔滴的微细化和熔滴移动的稳定化的效果。另一方面，若REM含有量超过0.100质量％，则在焊丝的制造工序中产生裂纹，或导致焊接金属的韧性的降低。因此，焊丝的REM含有量设为0.015～0.100质量％的范围。优选是0.025～0.050质量％的范围。
此外，关于上述REM以外的成分不特别地限定，只要根据成为被焊接材料的钢材的钢种等来适当地选择即可。例如在焊接上述那样的高张力钢板的情况下，除了上述REM以外，只要设为含有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：0.008质量％以下以及N：0.008质量％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质的组成成分即可。
另外，使用的焊丝的极性从充分地得到基于REM的添加的熔滴的微细化和熔滴移动的稳定化这样的效果的观点出发，优选焊丝负极(正极性)。
而且，在本焊接方法中，使用添加了上述REM的焊丝，并且重要的是，以适合于坡口形状的热输入量适当地控制初层焊接条件并且高效地焊接，得到规定的接合深度。
以下，对本焊接条件以及接合深度进行说明。
基准位置处的焊炬的前端部相对于水平方向的角度θ1：10°以上且45°以下
如图3那样，使用具备弯曲部和由该弯曲部划分成的前端部的焊炬，使焊炬的前端部朝向厚钢材的坡口面摇动并且进行摆动，由此能够避免供电焊嘴与厚钢材的坡口面的接触并且能够使焊丝前端与坡口面接近。另外，焊丝前端部也朝向坡口面，所以能够基于电弧直接熔融坡口面。因此，即使在抑制每一道次的焊接热输入量的情况下，也能够使坡口面充分地熔融而抑制焊接缺陷的产生。并且，通过基于焊炬的摆动的电弧热输入范围的扩展，能够抑制熔融金属的滴落，而实现焊缝形状的稳定化。
然而，若θ1小于10°，则无法充分地得到上述效果，而产生焊接缺陷、熔融金属的滴落。另一方面，若θ1超过45°，则焊炬的弯曲部处的焊丝的进给阻力增大，难以稳定地继续焊接，还产生焊接缺陷、熔融金属的下滴落。因此，基准位置处的焊炬的前端部相对于水平方向的角度θ1设为10°以上且45°以下。优选是15°以上且30°以下。
该焊炬的前端部从基准位置的摇动角度θ2：5°以上且60°以下
如上所述，使用具备弯曲部和由该弯曲部划分出的前端部的焊炬，使焊炬的前端部朝向厚钢材的坡口面摇动并且进行摆动，由此能够避免供电焊嘴与厚钢材的坡口面的接触并且能够使焊丝前端与坡口面接近。另外，焊丝前端部也朝向坡口面，所以能够基于电弧直接熔融坡口面。因此，即使在抑制每一道次的焊接热输入量的情况下，也能够使坡口面充分地熔融而抑制焊接缺陷的产生。并且，通过基于焊炬的摆动的电弧热输入范围的扩展，能够抑制熔融金属的滴落，而实现焊缝形状的稳定化。
然而，若θ2小于5°，则无法充分地得到上述效果，而产生焊接缺陷、熔融金属的滴落。另一方面，若θ2超过60°，则坡口面过度地熔融，产生由坡口面的底切导致的焊接缺陷。因此，焊炬的前端部从基准位置的摇动角度θ2设为5°以上且60°以下。优选是10°以上且45°以下。
此外，焊炬的弯曲部的弯曲角度θ3以及焊炬的前端部的长度l虽没有特别限定，但从将θ1以及θ2控制在上述范围的观点考虑，优选将θ3设为10～45°的范围，将l设为10～50mm的范围。
初层焊接的接合深度D：10mm以上
在将作为被焊接材料的厚钢材、特别是板厚：40mm以上的厚钢材焊接为规定的坡口形状时，需要将初层焊接的接合深度设为10mm以上。另外，若初层焊接的接合深度下于10mm，则由于焊接热集中所以产生熔融金属的滴下。因此，初层焊接的接合深度设为10mm以上。优选是25mm以上。此外，初层焊接的接合深度的上限与钢材的板厚的上限相同，即是100mm左右。
但是，在进行多层焊接的情况下，特别是成为被焊接材料的钢材的板厚是80mm以上的情况下，若初层焊接的接合深度超过70mm，则除了焊接热输入容易过多以外，还存在产生高温裂纹、焊接中的热分散所导致的坡口面的熔合不良、夹渣等焊接缺陷的担忧。因此，在进行多层焊接的情况下，优选初层焊接的接合深度设为10mm以上且70mm以下。更优选是20mm以上且60mm以下，进一步优选是25mm以上且55mm以下。此外，在单层焊接的情况下，更优选是15mm以上且65mm以下。
以上，虽对基本条件进行了说明，但在本发明的焊接方法中，优选还满足以下的条件。
焊炬的摆动在板厚方向的摆动深度L：10mm以上且70mm以下
本焊接方法是进行焊炬的摆动的方法，但适当地控制该焊炬的摆动在板厚方向的摆动深度L以及在与后述的板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度M也是重要的。
这里，各种摆动图案的在板厚方向的摆动深度L以及在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度M如图5的(a)～(d)所示。
此外，这里所说的摆动深度L以及在与后述的板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度M是未考虑焊炬的前端部的摇动，而假定为焊炬的前端部位于上述基准位置而求出的焊丝前端的摆动深度以及摆动最大幅度。另外，这里所说的摆动图案是未考虑焊炬的前端部的摇动，而假定为该焊炬的前端部始终处于上述基准位置时的焊丝前端的轨迹。
这里，在本焊接方法中作为基础的立式向上焊接中，接合深度和板厚方向的摆动宽度是同程度，在板厚方向的摆动深度小于10mm时，难以得到所希望的接合深度。另一方面，若在板厚方向的摆动深度超过70mm，则不仅难以得到所希望的接合深度，而且焊接热输入量过多，在焊接金属、钢材的热影响部中还难以得到所希望的机械特性，除此以外，容易产生高温裂纹、焊接中的热分散所导致的坡口面的熔合不良、夹渣等焊接缺陷。
因此，在板厚方向的摆动深度设为10mm以上且70mm以下。优选是15mm以上且65mm以下。此外，在单层焊接的情况下，优选是20mm以上且60mm以下。另外，在多层焊接的情况下，优选是25mm以上且55mm以下的范围。
焊炬的摆动中在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度M：(W-6)mm以上且Wmm以下(W：初层焊接的焊缝宽度)
为了防止坡口面的未熔融，需要将在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度设为(W-6)mm以上。另一方面，若在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度超过Wmm，则存在产生熔融金属的滴下，焊接无法完成的担忧。
因此，优选在与板厚方向和焊接线成直角的方向的摆动最大幅度设为(W-6)mm以上且Wmm以下的范围。更优选是(W-4)mm以上且(W-1)mm以下的范围。
此外，在单层焊接的情况下，W为在焊接时成为表面(焊接装置(焊炬)侧的面)的钢材面的坡口宽度。
另外，关于焊炬的摆动图案没有特别限定，如图5的(a)～(d)所示，能够设为从焊接线方向(与焊接行进方向一致，通常是铅垂方向)观察的コ字形、V字形、梯形以及三角形等。例如在摆动图案是コ字形或者梯形的情况下，如图5的(a)以及(b)那样的A点→B点以及C点→D点的摆动与相对于厚钢材的坡口面的摆动相当。在该情况下，在A点→B点的摆动中，使焊炬的前端部朝向纸面并向左侧的厚钢材的坡口面摇动，另一方面，在C点→D点的摆动中，使焊炬的前端部朝向纸面并向右侧的厚钢材的坡口面摇动。此外，在B点→C点(梯形的情况下还包含D点→A点)的摆动中，也可不使焊炬的前端部摇动。此外，在图5的(a)～(d)中，在焊炬的朝向改变的各点(图5的(a)中的B点以及C点)处的焊炬的轨迹既可以是有棱角的，也可以是有圆角的。
但是，在立式向上焊接中，在与焊接表面侧接近的位置的摆动容易产生熔融金属的滴落。另外，若焊炬动作离开坡口面，则无法得到坡口面的均匀的熔融，容易产生熔合不良等焊接缺陷。特别是，不需要反转动作的一般的梯形以及三角形的摆动图案中，装置负荷小，另一方面，因在与焊接表面侧接近的位置的焊炬动作(图5的(b)的梯形摆动图案的D点→A点，图5的(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。因此，从抑制熔融金属的滴落之类的观点考虑，优选设为没有焊接表面侧的焊炬动作的コ字形或者V字形的摆动图案。
并且，在V字形、三角形的摆动图案中，在坡口间隙大的(例如6mm以上)情况下，焊炬动作离开坡口面(例如图5的(c)的A点→B点的动作中，焊炬前端的轨迹不与坡口面(与焊炬接近的一侧)平行等)，无法得到坡口面的均匀的熔融，容易产生熔合不良等焊接缺陷。因此，在这样的情况下，使焊炬与坡口面平行地动作容易的コ字形的摆动图案是最佳的。
此外，在板厚方向的摆动时的焊丝前端的最深点(例如图5的(a)、(b)中的B点以及C点，图5的(c)、(d)中的B点)距钢材背面的距离a通常是2～5mm左右。
另外，针对上述坡口形状，应用コ字形摆动、梯形摆动的情况下，图5的(a)、(b)中的M1、M2、M3分别是2～18mm左右、0～10mm左右、0～10mm左右。
并且，摆动时的频率、停止时间(图5所示的A点等各点的停止时间)没有特别限定，例如频率是0.25～0.5Hz(优选是0.4～0.5Hz)，停止时间是0～0.5秒(优选是0.2～0.3秒)左右即可。
关于上述以外的条件，不需要特别规定，在平均焊接电流小于270A时，熔池小，在表面侧成为以焊炬摆动为单位重复进行熔融与凝固的多层焊接那样的状态，容易产生熔合不良、夹渣。另一方面，若平均焊接电流超过360A，则除了容易产生熔融(焊接)金属的滴下以外，因焊接烟尘和溅射而难以确认电弧点，所以施工中的调整变得困难。因此，优选平均焊接电流设为270～360A。另外，通过将平均焊接电流设为270～360A，能够抑制焊接烟尘、溅射的产生并得到稳定的熔深，所以在实施本焊接方法的方面更加有利。
关于这以外的条件只要按照常规方法即可，例如焊接电压：28～37V(与电流一起上升)，焊接速度(向上)：1～15cm/分(优选4～9cm/分)，焊丝突出长度：20～45mm，焊丝径：1.2～1.6mm左右即可。
另外，关于保护气体组成没有特别限定，使用单独的CO2气体，或者Ar与CO2的混合气体等即可。
另外，在为多层焊接的情况下，焊接结束为止的层叠数从防止层叠缺陷的观点考虑优选设为2～4层左右。关于初层以外的各层的焊接条件没有特别限定，只要按照常规方法即可，例如只要与上述初层的焊接条件相同即可。
此外，在本发明的焊接方法中，以每层一道次的焊接为基础。
实施例
在表2所示的焊接条件下，使用图3所示那样的在供电焊嘴具有弯曲部的焊炬(θ3：15°，l：20mm)，对成为表1所示的坡口形状的2张钢材实施了窄坡口立式向上气体保护弧焊。
这里，钢材均使用含有C：0.04～0.06质量％、Si：0.1～0.2质量％、Mn：1.8～2.0质量％、P：0.01质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.02～0.06质量％、O：0.003质量％以下以及N：0.005质量％以下且剩余部分为Fe以及不可避免的杂质的组成成分的钢材。此外，在钢材的坡口加工中使用气体切割，对坡口面未进行磨削等加工。
另外，焊丝使用了钢材强度用或者比其高1个级用的等级的1.2mmφ的实心焊丝。此外，表2所示的REM以外的焊丝的组成成分均为含有C：0.10～0.20质量％、Si：0.6～0.8质量％、Mn：1.8～2.0质量％、P：0.01质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.005～0.03质量％、O：0.003质量％以下以及N：0.005质量％以下，且剩余部分成为Fe以及不可避免的杂质的组成成分。
并且，焊接电流设为260～340A，焊接电压设为28～38V(与电流一起上升)，平均焊接速度设为2.0～10.1cm/分(在焊接中调整)，平均的焊丝突出长度设为30mm，焊接长度设为400mm。另外，在任何情况下，作为保护气体使用单独的CO2气体，设置与通常的电弧焊的喷嘴不同的气体保护系统，进行焊接。
此外，No.9～11以及14为多层焊接，在初层以外的各层的焊接中，将焊接电流设为270～360A，将焊接电压设为28～37V的范围，进行应用了摆动的气体保护弧焊，完成了焊接接头。另外，No.1～8、12、13、15、16以及17为单层焊接而完成了焊接接头。
初层焊接后，通过任意选出的5点的剖面宏观组织观察，来测定焊缝宽度以及接合深度。此外，关于焊缝宽度，将测定出的值的最大值作为初层焊接的焊缝宽度W，关于接合深度，将测定出的值的最小值作为初层焊接的接合深度D。
另外，通过目视观察对初层焊接时的熔融金属的滴下进行了如下那样的评价。
◎：没有熔融金属的滴下
○：熔融金属的滴下小于3处
×：熔融金属的滴下是3处以上，或者焊接中断
并且，对最终得到的焊接接头实施超声波探伤检查，进行了如下那样的评价。
◎：没有检测缺陷
○：仅检测出缺陷长度是3mm以下的合格缺陷
×：检测出缺陷长度超过3mm的缺陷
此外，对最终得到的焊接接头，以JISZ2242为依据(试验温度：0℃)，以焊接金属中心部成为切口(notch)位置的方式进行夏氏冲击试验，测定试验温度的吸收能量vE0(J)，基于下面的基准，对焊接金属的韧性进行了评价。
◎：vE0(J)是47J以上
○：vE0(J)小于47J，并且是27J以上
×：vE0(J)小于27J
将上述结果一并记载于表2。
[表1]
表1
[表2]
如表2所示，在作为发明例的No.3～7、9以及10中，在初层焊接中没有熔融金属的滴下，或即使有也是两处以下。另外，在超声波探伤检查中，没有检测缺陷，或即使有缺陷长度也是3mm以下。并且，在上述发明例中均得到优异的焊接金属的韧性。
另一方面，作为比较例的No.1、2、8、11～17存在3处以上的熔融金属的滴下，在超声波探伤检查中检测出缺陷长度超过3mm的缺陷，和/或无法得到足够的焊接金属的韧性。
附图标记的说明
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…垫板材料；7…主体部；8…供电焊嘴；9…弯曲部；10…前端部；11…焊缝。

Claims (4)

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，将坡口间隙设为20mm以下，通过使用摆动的单层焊接或者多层焊接来接合板厚为10mm以上的2张厚钢材，
其中，
使用含有REM为0.015～0.100质量％的焊丝，并且，
通过具备弯曲部和由该弯曲部划分成的前端部的焊炬，进行初层焊接的摆动，此时，在相对于该厚钢材的坡口面摆动时，使该焊炬的前端部朝向该厚钢材的坡口面摇动，将从该厚钢材的板厚方向观察该焊炬的前端部与焊接线方向一致的位置作为基准位置，将该基准位置处的该焊炬的前端部相对于水平方向的角度θ1设为10°以上且45°以下，将该焊炬的前端部从该基准位置的摇动角度θ2设为5°以上且60°以下，
将该初层焊接的接合深度设为10mm以上。
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，
将上述接合设为单层焊接，并且将上述坡口间隙设为上述厚钢材的板厚的25％以下。
3.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，
将上述接合设为多层焊接，并且将上述初层焊接的接合深度设为10mm以上且70mm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的立式窄坡口气体保护弧焊方法，其中，
在上述初层焊接的摆动中，从焊接线方向观察的上述焊炬的摆动图案是コ字形。
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