JP2000084672A - 厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板厚が６０ｍｍを超える場合でも１ランで溶
接することができ、しかも６０ｍｍ以下の板厚の場合に
は溶接能率を高めることができ、良好な継手品質が得ら
れる厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法を提供する。 【解決手段】 厚さｔ（ｍｍ）が５０ｍｍ以上の厚板鋼
板を片側から１ランの溶接で１００％の溶込みを確保す
る２又は３電極を使用したサブマージアーク溶接方法
は、Ｖ型の開先を設け、開先角度を１０乃至２０°、開
先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ルートフェイスを０乃
至２０ｍｍ、最終電極のワイヤ径を６．４乃至７．２ｍ
ｍ、最終電極以外の電極のワイヤ径を４．８乃至６．４
ｍｍとし、第１電極の電流ＬＩ、第２電極以降の電極の
電流ＴＩが２５ｔ≦ＬＩ≦３５ｔ、２０ｔ≦ＴＩ≦３０
ｔを満足するように設定し、且つ各電極間距離を４０乃
至１００ｍｍに保持してサブマージアーク溶接する。鉄
若しくは鉄合金の粉末又は粒子を開先内に１０乃至２５
ｍｍの高さに充填し、前記第１電極の電極傾斜を２乃至
１０°の後退角、前記第２電極以降の電極の電極傾斜を
２乃至１０°の前進角とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高能率な厚板鋼板の
サブマージアーク溶接方法に関し、特に鉄骨の厚板箱型
柱の角継手の溶接に好適の厚板鋼板のサブマージアーク
溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の建築物は高層化に合わせて、居住
性の改善及び空間の有効活用の目的から、柱数を減ら
し、柱間隔を広げる等の設計方針が採られている。この
ため、柱に使用される板厚が厚くなる傾向にある。特
に、高層建築に使用される柱は箱型形状のものが多く、
柱を作成する際は四隅をサブマージアーク溶接で１ラン
の溶接で終了させるのが一般的である。従来の溶接技術
では開先形状、溶接材料及び溶接条件の選定によって、
２電極溶接で６０ｍｍ程度までの板厚を確保することが
可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
厚さが６０ｍｍを超えるような箱型柱が比較的多く使用
されるようになってきた。このような場合は、前述の如
く、従来、１ランで溶接できるのは、厚さが６０ｍｍま
でであるから、予め開先底部をＣＯ₂溶接等で下盛りし
ておき、その上をサブマージアーク溶接で１ラン溶接を
行うという溶接施工法が採られている。しかしながら、
このような施工方法は、柱製作する上での溶接工数が極
めて多く、このため非能率である。従って、厚さが６０
ｍｍを超えるような厚板の高能率且つ低コストの溶接方
法の開発が要望されている。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、板厚が６０ｍｍを超える場合でも１ランで
溶接することができ、しかも６０ｍｍ以下の板厚の場合
には溶接能率を高めることができ、良好な継手品質が得
られる厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る厚板鋼板の
サブマージアーク溶接方法は、厚さｔ（ｍｍ）が５０ｍ
ｍ以上の厚板鋼板を片側から１ランの溶接で１００％の
溶込みを確保する２又は３電極を使用したサブマージア
ーク溶接方法において、Ｖ型の開先を設け、開先角度を
１０乃至２０°、開先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ル
ートフェイスを０乃至２０ｍｍ、最終電極のワイヤ径を
６．４乃至７．２ｍｍ、最終電極以外の電極のワイヤ径
を４．８乃至６．４ｍｍとし、第１電極の電流ＬＩ、第
２電極以降の電極の電流ＴＩが下記数式１を満足するよ
うに設定し、且つ第１電極と第２電極との電極間距離及
び第２電極と第３電極との電極間距離を４０乃至１００
ｍｍに保持してサブマージアーク溶接することを特徴と
する。

【０００６】

【数１】２５ｔ≦ＬＩ≦３５ｔ ２０ｔ≦ＴＩ≦３０ｔ

【０００７】このサブマージアーク溶接方法において、
鉄若しくは鉄合金の粉末又は粒子を開先内に１０乃至２
５ｍｍの高さに充填して溶接することが好ましい。ま
た、前記第１電極の電極傾斜を２乃至１０°の後退角、
前記第２電極以降の電極の電極傾斜を２乃至１０°の前
進角とすることが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明者等は、上記従来技術の課
題を解決すべく、種々研究実験を繰り返した結果、本発
明の特許請求の範囲に記載の要件を満足することによ
り、この課題を解決することができることを見いだし
た。本発明はこのような知見に基いて完成されたもので
ある。以下、本発明の特許請求の範囲に規定する要件の
規定又は数値限定理由について説明する。

【０００９】開先形状 特に２電極溶接によって１ラン溶接の適用範囲の拡大を
狙うためには、溶接部の健全性を損なわずに、如何にし
て溶着量を確保するかが課題である。そこで開先形状に
ついて種々検討した結果、Ｖ型の開先形状において、開
先角度を１０乃至２０°、開先底部の間隙を８乃至１５
ｍｍ、ルートフェイスを０乃至２０ｍｍにすることで、
２電極溶接で厚さが約７０乃至８０ｍｍ程度の厚板まで
１ラン溶接することが可能になり、且つ健全な溶込み形
状が得られる。

【００１０】開先角度が１０°未満では縦長の溶込み形
状になって、高温割れが発生し易くなり、また、開先壁
が垂直に近く、溶融金属がうまく馴染まず、融合不良及
びスラグ巻き込みが発生し易くなる。開先角度が２０°
を超えると溶接断面積が広くなり過ぎることから、特に
２電極溶接では溶着量の確保ができなくなり、適用板厚
の拡大を図ることができない。

【００１１】開先底部の間隙が８ｍｍ未満では安定した
溶込み深さを確保することが難しく、特に電極の中心が
ねらい位置からずれたりしたときは、溶込み不良が発生
し易くなる。開先底部の間隙が１５ｍｍを超えると、溶
接断面積が広くなり過ぎることから、特に２電極溶接で
は溶着量の確保ができなくなり、適用板厚の拡大を図る
ことができない。

【００１２】ルートフェイスは２０ｍｍを超えると、先
行電極により形成される溶込み形状が縦長となり、また
後行電極による溶込み深さの確保が難しくなり、先行電
極により形成された溶接金属に高温割れが発生し易くな
る。

【００１３】電極径 ２及び３電極溶接で特に厚板を１ランで溶接する場合、
溶着量を確保し、健全な溶込み形状と溶込み深さ及び良
好なビードを得るためには、各電極に使用する電極径の
影響が大きい。溶込み深さの確保と溶着量の確保が主な
役割となる最終電極以外の電極は直径を４．８乃至６．
４ｍｍにすることが好ましく、電極径が４．８ｍｍ未満
では、電流を高めることで溶着量は確保できるものの、
溶込み深さの安定性が欠けることと、溶込み幅が狭くな
ることから、耐高温割れ性の点から不利になり、また開
先底部の間隙が広い場合、融合不良が発生し易くなるの
で、好ましくない。電極径が６．４ｍｍを超えると、開
先底部の間隙が狭い場合及び開先角度が小さい場合に、
溶込み深さを確保できなかったり、溶け込みが不安定に
なる。また、最終電極の電極径は健全な溶込み形状と溶
着量を確保するため及び良好なビードを得るために、
６．４乃至７．２ｍｍが好ましく、電極径が６．４ｍｍ
未満では溶込み深さは確保できるものの、十分な溶込み
幅と安定したビード幅及びビード形状が得られない。電
極径が７．２ｍｍを超えると、溶込み幅とビード幅は十
分確保することができるが、健全な溶込み深さが確保す
ることができない。

【００１４】第１電極と第２電極との電極間距離及び
第２電極と第３電極との電極間距離 第１電極と第２電極との電極間距離は第１電極で形成さ
れた溶接金属の縦割れを回避するうえで重要であり、４
０乃至１００ｍｍの範囲が好ましく、４０ｍｍ未満では
第１電極と第２電極で形成された溶接金属が一体となっ
て、結果的に縦長の溶接金属が形成され、高温割れが発
生し易くなる。また、電極間距離が１００ｍｍを超える
と、第２電極による十分な溶込み深さが確保できないた
めに第１電極で形成された縦長の溶接金属が多く残り、
縦割れが発生しやすくなる。

【００１５】第２電極と第３電極との電極間距離は第３
電極による健全な溶込み深さと、安定した良好なビード
を確保する上で重要であり、４０乃至１００ｍｍの範囲
が好ましく、４０ｍｍ未満では第２電極と第３電極によ
って形成される溶接金属とが一体になって、ビード幅が
狭い場合には縦長の溶込形状になって縦割れが発生しや
すくなるので、避ける必要がある。また、１００ｍｍを
超えると第１及び第２電極によって生成したスラグが凝
固し、安定して溶融することができなくなり、ビード幅
の不揃いが生じ、ビード形状が乱れることから好ましく
ない。

【００１６】各電極の電流 各電極に使用する電流は板厚に応じた溶着量を確保し、
十分な溶込み深さを得、良好なビードを得る目的から選
定しなければならないが、各板厚共に各電極の電流は下
式にあてはまるものを使用することによって、上記目的
を達成することができる。板厚をｔ（ｍｍ）とした場合
に、第１電極の電流が２５ｔ未満では十分な溶込み深さ
と、必要溶着量を確保できず、また、第１電極の電流が
３５ｔを超えると、溶込みが深過ぎて高温割れが発生し
易くなる。第２電極の電流が２０ｔ未満では、第２電極
による十分な溶込み深さが確保できないために、第１電
極で形成された縦長の溶接金属が多く残り、縦割れが発
生し易くなる。第２電極の電流が３０ｔを超えると、第
１電極と第２電極で形成された溶接金属が一体となっ
て、結果的に縦長の溶接金属が形成され、高温割れが発
生し易くなることと、溶融地が不安定になって安定した
ビード形成が難しくなる。第３電極の電流が２０ｔ未満
では、第３電極による十分な溶込み深さが確保できない
ために、第２電極で形成された縦長の溶接金属が多く残
り、縦割れが発生し易くなる。第３電極の電流が３０ｔ
を超えると、溶融地が不安定になって安定したビード形
成が難しくなる。

【００１７】開先内充填剤 開先内充填剤は溶着量の補助と溶込み深さを更に安定さ
せるために有効であり、成分としては鉄を主体とした粉
状又は粒状のものが溶融性の点で好ましい。また、充填
高さとしては上記目的から１０乃至２５ｍｍ程度が良
く、１０ｍｍ未満では上記効果が得られず、また２５ｍ
ｍを超えると溶着量を確保する上では極めて有効である
が、溶込み深さが確保できなくなるという問題点があ
る。

【００１８】電極傾斜 電極傾斜は溶込み深さ及びビード幅の調整に有効であ
り、溶込み深さを確保することが大きな役割である第１
電極は２乃至１０°の後退角にすると、更に安定した溶
込み深さが得られ、また、溶込み形状とビードの安定形
成が主な役割である第２及び第３電極は２乃至１０°の
前進角にすると、更に安定した溶込み形状と安定したビ
ードが得られる。

【００１９】その他 本方法に用いるフラックスは大入熱用のボンドフラック
スであれば特に特定するものではないが、鉄粉を含有す
る大入熱用ボンドフラックスが中でも好ましい。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例について本発明の範囲
から外れる比較例と比較して説明する。下記表１に示す
鋼板を表２に示す鋼線ソリッドワイヤ及び表３に示すボ
ンドフラックスを使用して、２電極及び３電極による１
ラン溶接を実施した。溶接試験内容を下記表４乃至表７
に、また溶接試験結果を下記表８に示す。但し、表４乃
至７において、図１に示すように、θは開先角度、Ｇは
開先底部の間隙、Ｓはルートフェイスである。また、表
４乃至７において、本発明の各請求項で規定する範囲を
超えるものについて、下線を付して表示した。

【００２１】本発明の請求項１の規定を全て満たしてい
る実施例Ａ乃至Ｍは十分な溶着量と外観及び形状が良好
な溶接ビードが得られ、溶込み深さ及び形状も健全且つ
安定した結果が得られた。なお、実施例Ｃは請求項１及
び３を満足するものであり、その他の実施例は請求項１
乃至３の全てを満足するものである。

【００２２】一方、比較例Ｎは開先角度θが狭すぎたた
めに、先行電極による溶込み幅が狭く高温縦割りが発生
した。比較例Ｏは先行電極の電流が高過ぎたために、溶
込み深さが過剰で、形状が梨型となって高温割れが発生
した。比較例Ｐは後行電極の電流が不足したために、溶
込みが浅くなり先行電極によって形成された縦長の溶接
金属に小さな縦割れが発生した。比較例Ｑは開先角度が
広過ぎたために、溶着量が不足した。比較例Ｒはルート
フェイスＳが大き過ぎるために先行電極によって形成さ
れた溶接金属の溶込み幅が狭く、割れは発生しなかった
ものの不健全な溶込み形状になった。比較例Ｓは開先底
部の間隙Ｇが狭過ぎ、先行電極による溶込み深さが不足
した。比較例Ｔは開先内充填剤の散布高さが高過ぎ、先
行電極による溶込み深さが不足した。比較例Ｕは後行電
極の電極径が太過ぎ、溶込み深さが浅くなって、先行電
極によって形成された縦長の溶接金属が残り、また、ビ
ード幅も必要以上に広くなり好ましくない結果であっ
た。比較例Ｖは開先底部の間隙Ｇが広すぎたため、ビー
ド形状において余盛量が不足した。比較例Ｗは先行電極
の電流が高過ぎると共に、後行電極の電流が不足したた
め、先行電極による溶込み深さが深過ぎ、かつ後行電極
による溶込みが浅くなったために、先行電極によって形
成された溶接金属に高温縦割れが発生した。比較例Ｘは
先行電極と後行電極との電極間距離が広過ぎたために、
先行電極によって形成された溶接金属と後行電極によっ
て形成された溶接金属の間に融合不良が発生した。比較
例Ｙは先行電極と後行電極との電極間距離が狭過ぎたた
めに、先行電極によって形成された溶接金属と後行電極
によって形成された溶接金属が一体となって、割れは発
生しなかったものの、必要以上に溶込み深さが深くなり
すぎ、好ましくない溶込み形状になった。比較例Ｚは後
行電極（第２電極）の電流が高過ぎたために、先行電極
によって形成された溶接金属と後行電極によって形成さ
れた溶接金属が一体となり、且つ溶込み幅が狭くなった
ために高温縦割れが発生した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

【００２９】

【表７】

【００３０】

【表８】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
板厚が６０ｍｍを超えるような厚板鋼板であっても、１
ランで溶接することができ、また、板厚が６０ｍｍ以下
の場合には溶接能率を高めることができ、良好な継手品
質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接試験方法を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB05 CA07 DB01 DC03 DF05 EA01 EA04 EA06 EA09 QA04 4E081 YB03 YX01 YX08 YX15 YX17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さｔ（ｍｍ）が５０ｍｍ以上の厚板鋼
   板を片側から１ランの溶接で１００％の溶込みを確保す
   る２又は３電極を使用したサブマージアーク溶接方法に
   おいて、Ｖ型の開先を設け、開先角度を１０乃至２０
   °、開先底部の間隙を８乃至１５ｍｍ、ルートフェイス
   を０乃至２０ｍｍ、最終電極のワイヤ径を６．４乃至
   ７．２ｍｍ、最終電極以外の電極のワイヤ径を４．８乃
   至６．４ｍｍとし、第１電極の電流ＬＩ、第２電極以降
   の電極の電流ＴＩが下式を満足するように設定し、且つ
   第１電極と第２電極との電極間距離及び第２電極と第３
   電極との電極間距離を４０乃至１００ｍｍに保持してサ
   ブマージアーク溶接することを特徴とする厚板鋼板のサ
   ブマージアーク溶接方法。 ２５ｔ≦ＬＩ≦３５ｔ ２０ｔ≦ＴＩ≦３０ｔ
2. 【請求項２】 鉄若しくは鉄合金の粉末又は粒子を開先
   内に１０乃至２５ｍｍの高さに充填して溶接することを
   特徴とする請求項１に記載の厚板鋼板のサブマージアー
   ク溶接方法。
3. 【請求項３】 前記第１電極の電極傾斜を２乃至１０°
   の後退角、前記第２電極以降の電極の電極傾斜を２乃至
   １０°の前進角とすることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の厚板鋼板のサブマージアーク溶接方法。