JP2000263284A - 低温用鋼の片面溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、溶接入熱を制限された低温用鋼の
板継ぎ溶接において、広い開先ギャップが存在しても、
高能率で、かつ低温じん性に優れた片面溶接方法を提供
することを目的としたものである。 【解決手段】 フラックス入りワイヤ全体に対して、Ｎ
ｉ：０．５〜３．５重量％を含有するフラックス入りワ
イヤを用いて第１層を溶接した後、下記の式で定義され
た塩基度Ｌが１．２〜１．７となる成分組成を有するフ
ラックスと、重量％でＣ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：
０．１％以下、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ｎｉ：２〜４
％を含有するワイヤを用いたサブマージアーク溶接によ
り第２層から最終層までを溶接することを特徴とする低
温用鋼の片面溶接方法。 Ｌ＝｛ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＦ２＋０．５（ＭｎＯ＋Ｆ
ｅＯ）｝／｛ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２
＋ＺｒＯ２）｝

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁などの片面溶
接方法に関わり、特に低温靭性が要求される板継ぎの片
面溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、橋梁等のブロック継ぎは一般
に開先ギャップの変動が大きく、またギャップが大きい
場合が多いため、簡易片面溶接方法等が適用されてき
た。この簡易片面溶接方法は図２に示すように、溶接す
る鋼板１の裏面側に、ガラステープ等で構成された裏当
て材５を密着し、鋼粒（ショット）からなる開先充填材
４を鋼板の開先内に散布後、表面側よりワイヤ２とフラ
ックス３を用いてサブマージアーク溶接を行い、溶接用
鋼板の表面側と裏面側に同時にビード形成する溶接方法
である。

【０００３】この溶接方法は、開先充填材により溶着量
が増加し、また鋼板裏面の裏当て材により裏ビードの余
盛高さを制御できるので、広いギャップが存在する開先
に比較的大きな電流を使用してサブマージアーク溶接し
ても美麗かつ健全な裏ビードが得られる。ただし、上記
開先充填材の散布量は開先部の７０〜１００％程度と非
常に多く、開先充填材を十分に溶融するためにかなりの
溶接入熱量が必要となる。例えば、溶接・接合便覧（溶
接学会編、丸善、平成２年９月３０日発行）３１０頁、
表４・４６中のＦＡＢ法に記載のように溶接入熱が１０
０ｋＪ／ｃｍを超えている。

【０００４】しかし、一般に低温じん性が要求される橋
梁などの板継ぎ溶接では鋼板ＨＡＺ部のじん性を確保す
るために溶接入熱量が制限される場合が多く、溶接入熱
量が大きい上記簡易片面溶接が適用できる板厚に限界が
ある。一方、溶接入熱量を小さくして上記簡易片面溶接
を行う場合は、開先充填材を十分溶融することができな
いため溶接部に未溶融部分が欠陥として存在したり、裏
ビードが出なかったりして溶接不良を生じる。また、こ
の溶接法では、溶接入熱量が小さいと溶着量が不足し、
図３に示すように表面側のビードが開先内にはまりこん
だ形で突き合わせ凝固となり高温割れが発生しやすい。

【０００５】以上の通り、従来、開先に大きなギャップ
の存在する板継ぎ溶接において、上記簡易片面溶接法を
適用する場合は、溶接入熱の制限ができるような薄い板
の溶接に限られ、通常の厚い板厚の板継ぎ溶接への適用
は困難であった。そこで、従来の低温靭性が要求され、
溶接入熱の制限が必要な板継ぎ溶接の場合には、溶接部
の品質確保の面からソリッドワイヤやフラックス入りワ
イヤを用いた多層溶接が行われてきた。しかし、このよ
うな多層溶接を厚い板厚の板継ぎ溶接に適用した場合
は、溶接速度が遅いため溶接能率は著しく低下するとい
う問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題に鑑みて、溶接入熱を制限する必要がある低温
用鋼の板継ぎ溶接において、特に厚鋼板を開先ギャップ
が広い条件で溶接した場合にも、高能率で、かつ溶接部
及び熱影響部の低温じん性に優れた片面溶接方法を提供
することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の技術課題
を解決するものであって、その要旨は、次の通りであ
る。 （１）ワイヤ全重量に対して、Ｎｉ：０．５〜３．５重
量％を含有するフラックス入りワイヤを用い耐火性裏当
材を開先に当てて第１層を溶接した後、下記の式で定義
された塩基度Ｌが１．２〜１．７となる成分組成を有す
るフラックスと、重量％でＣ：０．０１〜０．１％、Ｍ
ｎ：０．８〜１．５％、Ｎｉ：２〜４％を含有し、Ｓ
ｉ：０．１％以下とし残部は不純物以外はＦｅからなる
ワイヤを用いたサブマージアーク溶接により第２層から
最終層までを溶接することを特徴とする低温用鋼の片面
溶接方法。 Ｌ＝｛ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＦ_２＋０．５（ＭｎＯ＋Ｆ
ｅＯ）｝／｛ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２
＋ＺｒＯ_２）｝

【０００８】（２）開先ギャップが２〜１０ｍｍであ
り、サブマージアーク溶接する際の入熱量が６０ｋＪ／
ｃｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の低温用
鋼の片面溶接方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、低温靭性用鋼の板
継ぎ溶接を行う際に、溶接部の品質及び溶接効率の面か
ら従来の溶接方法の組合わせ溶接条件及びそれに用いる
溶接材料について鋭意検討した。その結果、以下のよう
な知見が得られた。

【００１０】（１）初層の溶接において、鋼板の開先ギ
ャップが大きく変動する場合にも、良好な裏ビードが形
成できれば、第２層以降の溶接にはサブマージアーク溶
接を適用できる。この場合、初層の溶接は母材の希釈が
大きいため溶接金属中の成分は母材成分の影響を受けや
すく、かつ第２層以降のサブマージアーク溶接で当該溶
接部において結晶組織の粗大化が生じることがある。

【００１１】そこで発明者らは、鋼板の開先ギャップを
変化させた条件にて、被覆棒、ソリッドワイヤ、フラッ
クス入りワイヤをそれぞれ用いた溶接を行い、その際の
裏ビードを比較検討した。その結果、被覆棒は棒継ぎ部
の手入れが多く作業能率が悪く、ソリッドワイヤもギャ
ップが４ｍｍを超えると凸ビードになり、裏ビード趾端
部にアンダーカットが発生するという問題が生じた。こ
れらに対して、フラックス入りワイヤは、開先ギャップ
が１０ｍｍまで安定した裏ビードが得られた。

【００１２】また、フラックス入りワイヤのＮｉ含有量
を適正化することにより、第２層以降のサブマージアー
ク溶接においても安定した低温じん性の溶接部を得るこ
とが可能であることが判った。

【００１３】（２）２層以降をサブマージアーク溶接す
る場合、溶接金属には開先側面の母材と初層の溶接金属
の各成分による希釈と共に、サブマージアーク溶接時の
熱影響部が生ずる。そこで発明者らは、サブマージアー
ク溶接において溶接部の低温じん性を確保するために、
溶接に用いるフラックスとワイヤの組成について検討し
た。その結果、溶接部の低温じん性を確保するために
は、溶接金属中に適正なＮｉ含有量を確保すると同時に
酸素低減が非常に重要であり、それは、溶接に用いるフ
ラックスの成分組成を規定することで高塩基性にし、か
つワイヤ中のＮｉ含有量を適正化することで達成できる
ことが判った。また、溶接金属におけるＮｉ等の合金成
分の調整は、溶接条件の影響による成分の変動を極力少
なくするために、主としてワイヤで行うことが有効であ
ることが判った。

【００１４】本発明は、以上の知見からなされたもので
あり、初層をＮｉ含有量を適正化したフラックス入りワ
イヤで溶接後、第２層以降を高塩基性フラックスと主に
Ｎｉ含有量を適正化したワイヤを用いてサブマージアー
ク溶接することにより、溶接部の低温じん性を確保しつ
つ、従来よりも高効率で特に板厚の厚い低温用鋼の板継
ぎ溶接を可能とするものである。以下に、本発明につい
て詳細に説明する。

【００１５】［フラックス入りワイヤ］まず、本発明で
は、初層の溶接はフラックス、外皮を含めたワイヤ全重
量に対し重量％でＮｉ：０．５〜３．５％を含有するフ
ラックス入りワイヤを用いて溶接する。ソリッドワイヤ
は、アーク集中性がよいため、開先ギャップが大きい場
合、裏ビードが凸形状になりやすい。これに対して本発
明のフラックス入りワイヤはアークがソフトでビード趾
端部のなじみが良好のため、開先ギャップの変動に対し
て安定したビード形成が可能である。

【００１６】本発明のフラックス入りワイヤの成分とし
ては、溶接金属の低温じん性を確保する上でＮｉを必須
とする。 このＮｉによる溶接金属の低温じん性向上の効
果を発揮するためには、フラックス入りワイヤ中のＮｉ
含有量は、フラックス入りワイヤ全体の重量に対し０．
５％以上必要である。しかし、３．５％を超えると逆に
じん性が低下し、また溶接金属の強度が増加し、耐割れ
性の面から好ましくないため、その上限を３．５％とす
る。

【００１７】本発明では、フラックス入りワイヤに上記
含有量のＮｉを含むことを必須要件とするが、それ以外
の成分として、アーク安定剤、スラグ生成剤等としてフ
ラックス入りワイヤ全体に対し、ＴｉＯ_２：４〜６．５
％、ＳｉＯ_２：１％以下、Ａｌ_２Ｏ_３：１％以下、Ｂ：
０．０２％以下を含むことが好ましい。また、本発明の
溶接金属の特性を損なわない範囲で、これら以外の成分
を適宜含有しても良い。

【００１８】［フラックスの成分組成］本発明では、第
２層から最終層のサブマージアーク溶接で用いるフラッ
クスの成分組成を、下記の式で定義される塩基度Ｌが
１．２〜１．７になるように規制する。 Ｌ＝｛ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＦ_２＋０．５（ＭｎＯ＋Ｆ
ｅＯ）｝／｛ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２
＋ＺｒＯ_２）｝ 上記の式で計算される塩基度Ｌが１．２未満では溶接金
属の酸素が高すぎて低温靭性が劣化し、Ｌが１．７を超
えると溶接作業性が著しく劣化し、低入熱の溶接に適用
できない。

【００１９】さらに、本発明では、上記フラックスの成
分組成として、ＣａＯ：５〜１３％、ＭｎＯ：２％以
下、ＦｅＯ：２％以下、ＭｇＯ：１９〜３４％、ＣａＦ
_２：６〜１４％、ＳｉＯ_２：６〜２４％、Ａｌ_２Ｏ_３：
１６〜３２％、ＴｉＯ_２：１５％以下、ＺｒＯ_２：５％
以下を含有することが好ましい。なお、フラックス成分
として上記以外に、Ｋ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃ
ａＣＯ_３、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ等を本発明の溶接金
属の特性を損なわない範囲で適宜含有しても良い。

【００２０】［ワイヤの成分組成］本発明では、第２層
から最終層のサブマージアーク溶接で用いるワイヤの成
分組成を、以下のように規定する。Ｃは強度を確保する
上でワイヤ全重量に対し０．０１％以上必要である。し
かし、０．１％を超えると高温割れ感受性が増加すると
ともに靭性を劣化させる。よって、本発明では、ワイヤ
中のＣ含有量を０．０１〜０．１％とする。

【００２１】Ｓｉは溶接金属の靭性を低下させる。この
場合、溶接金属中のＳｉはワイヤ以外に、母材の希釈あ
るいはフラックスからも影響を受ける。従って、本発明
では、ワイヤ中のＳｉをワイヤ全重量に対し０．１％以
下に制限する。

【００２２】Ｍｎは強度および靭性を確保する上で不可
欠な成分であり、ワイヤ全重量に対し０．８％以上含有
すると効果がある。一方、１．５％を超えると、強度が
高くなり、靭性が低下する。よって、本発明では、ワイ
ヤ中のＭｎ含有量を０．８〜１．５％とする。

【００２３】Ｎｉは靭性を向上させる上でワイヤ全重量
に対し２％以上で効果がある。しかし、４％を超えると
逆に靭性が低下し、またワイヤが硬く十分な矯正ができ
ない。よって、本発明では、ワイヤ中のＮｉ含有量を２
〜４％とする。

【００２４】なお、本発明におけるサブマージアーク溶
接用ワイヤでは、上記の成分の他は不純物以外Ｆｅとす
るが、それ以外の成分として、Ｃｕ：０．３％以下、Ｔ
ｉ：０．１％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｐ：０．０
１５％以下、Ｓ：０．０１５％以下にすることが好まし
い。

【００２５】［開先ギャップ］本発明では、初層をフラ
ックス入りワイヤを用いて溶接するため、その溶接入熱
が小さい場合、開先ギャップが２ｍｍ未満では裏ビード
が出にくく、安定した裏ビード形成が困難である。ま
た、開先ギャップが１０ｍｍを超えるとビードの橋絡が
困難となり、裏ビード趾端にアンダーカット等の欠陥が
発生する。よって、本発明では、溶接時の開先ギャップ
を２〜１０ｍｍに規定することが好ましい。

【００２６】［溶接入熱］本発明において、溶接部及び
熱影響部の低温じん性を確保する上で第２層から最終層
のサブマージ溶接の溶接入熱量を６０ｋＪ／ｃｍ以下に
することが好ましい。

【００２７】本発明の片面溶接方法を図１により説明す
ると、本発明は、最初に溶接用鋼板１を突き合わせ、鋼
板裏面側に粘着アルミ箔７で覆われた固化形成フラック
ス６を密着させる。その後、表面側より初層Ｆをフラッ
クス入りワイヤで溶接し、その後２層以降最終層までの
Ｓ部をワイヤ２、フラックス３を用いてサブマージアー
ク溶接を行うものである。なお裏当材としては上記固化
形成フラックスの他にガラステープなどの耐火性裏当材
であれば使用可能である。また初層溶接においてトーチ
をウィービングすることも好ましい。以上本発明につい
て詳述したが、本発明効果をさらに明確にするため、以
下実施例について述べる。

【００２８】

【実施例】表１に示す鋼板に対し、表２のフラックス入
りワイヤ、表３のサブマージアーク溶接用ワイヤ、表４
のフラックスを用いて、表５のフラックス入りワイヤ溶
接条件、表６のサブマージアーク溶接条件で１２種類の
片面溶接を行なった。なお、鋼板の開先形状は図４に示
すように板厚１４ｍｍ、角度５０゜で開先ギャップを変
化させた。表４のフラックスは、原料粉を水ガラスを用
いて造粒した後、５００℃×１２０ｍｉｎの条件でロー
タリーキルンで焼成した焼成形フラックスで、１２×１
００メッシュの粒度に整粒した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】本発明実施例における溶接結果を表７に示
す。本発明例であるＴ１〜Ｔ６は本発明効果によりいず
れも良好な溶接部を得ることが出来た。一方、比較例の
Ｔ７〜Ｔ１２の場合、満足できる溶接部が出来なかっ
た。

【００３６】

【表７】

【００３７】すなわちＴ７はフラックス入りワイヤのＮ
ｉ量が不足して溶接金属のじん性が低い。またギャップ
０ｍｍのため、裏ビードが出ない。またＴ８はフラック
ス入りワイヤのＮｉ量が過大で溶接金属のじん性が低
く、初層に割れが発生した。またＴ９はフラックスの塩
基度が大きくビード外観不良であった。またギャップが
大きいため裏ビードが橋絡しなかった。

【００３８】Ｔ１０はフラックスの塩基度が小さく、溶
接入熱が高いため、溶接金属およびＨＡＺ部のじん性が
低い。またＴ１１はサブマージアーク溶接用ワイヤのＣ
が高く、Ｍｎが低く、Ｎｉが高いため割れが発生し、溶
接金属のじん性が低い。またＴ１２はサブマージアーク
溶接用ワイヤのＣが高く、Ｍｎが低く、Ｎｉが高いため
割れが発生し、溶接金属のじん性が低い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
初層をフラックス入りワイヤで溶接後、溶接部の低温靭
性を損なうことなく、第２層以降をサブマージアーク片
面溶接を行うことが可能のため、非常に能率的で、また
ビード外観が良好で低温靭性に優れた溶接部を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の片面溶接方法を説明する図

【図２】簡易片面溶接方法を説明する図

【図３】従来技術における初層溶接金属の凝固状態を説
明する図

【図４】実施例に用いた開先形状を示す図

【符号の説明】

１ 鋼板 ２ ワイヤ ３ フラックス ４ 開先充填材 ５ 裏当て材 ６ 固化形成フラックス ７ 粘着アルミ箔 Ｆ フラックス入りワイヤ溶接部 Ｓ サブマージアーク溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松谷 直明 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 岩立 健太郎 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB05 CA05 DC01 DC05 EA01 EA05 EA07 EA09 4E084 AA02 AA07 AA11 AA20 CA03 CA23 DA09 DA16 EA01 FA11 GA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ全重量に対して、Ｎｉ：０．５〜
   ３．５重量％を含有するフラックス入りワイヤを用い耐
   火性裏当材を開先に当てて第１層を溶接した後、下記の
   式で定義された塩基度Ｌが１．２〜１．７となる成分組
   成を有するフラックスと、重量％でＣ：０．０１〜０．
   １％、Ｍｎ：０．８〜１．５％、Ｎｉ：２〜４％を含有
   し、Ｓｉ：０．１％以下とし残部は不純物以外はＦｅか
   らなるワイヤを用いたサブマージアーク溶接により第２
   層から最終層までを溶接することを特徴とする低温用鋼
   の片面溶接方法。 Ｌ＝｛ＣａＯ＋ＭｇＯ＋ＣａＦ_２＋０．５（ＭｎＯ＋Ｆ
   ｅＯ）｝／｛ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２
   ＋ＺｒＯ_２）｝
2. 【請求項２】 開先ギャップが２〜１０ｍｍであり、サ
   ブマージアーク溶接する際の入熱量が６０ｋＪ／ｃｍ以
   下であることを特徴とする請求項１に記載の低温用鋼の
   片面溶接方法。