JP2000288735A - 溶接作業性および裏波ビード外観に優れた２電極立向エレクトロガスア−ク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極厚鋼の２電極立向エレクトロガスアーク溶
接において優れた溶接作業性と裏波ビード外観を得る。 【解決手段】 ２電極立向エレクトロガスアーク溶接に
おいて、摺動銅板側電極にフラックス入りワイヤを、裏
当材側電極にスラグ生成率を規制したフラックス入りワ
イヤ又はソリッドワイヤを用い、その開先裏面に当接し
て使用する固形裏当材の成分を重量％で、Ａｌ２Ｏ３：
３０〜７０％、ＴｉＯ２：５〜５０％、ＳｉＯ２：５〜
４０％を含有し、かつ、Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＳｉＯ
２≧９０％とすることを特徴とする２電極立向エレクト
ロガスアーク溶接方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエレクトロガスア−
ク溶接法に関し、さらに詳しくは、極厚鋼のエレクトロ
ガスアーク溶接において良好な溶接作業性と優れた裏ビ
ード外観が得られる２電極立向エレクトロガスアーク溶
接法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロガスアーク溶接法は立向の開
先の両面に当材を当て、ＣＯ_２雰囲気中でアークを発生
させ、溶融池を当材で保持しつつ順次凝固させていく溶
接法である。当材としては表側は摺動式水冷銅当金を使
用する。また裏側は同じく摺動銅当金を使用することも
あるが、作業の容易さから固定式裏当材を使用するのが
一般的である。また溶接ワイヤはフラックス入りワイ
ヤ、ソリッドワイヤいずれも使用可能であるが、摺動銅
当金と溶接金属との焼き付き防止のためのフラックスを
別途添加する必要がないことなどから、フラックス入り
ワイヤが多く用いられている。

【０００３】エレクトロガスアーク溶接は溶接能率が高
いことから、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ ² 級高張力鋼、６２
０Ｎ／ｍｍ² 級高張力鋼を用いる船舶や石油備蓄タンク
等の製作に多用されている。最近、大型コンテナ船のシ
ャーストレーキ部や、橋梁の橋桁部では板厚５０ｍｍ以
上の厚鋼板が使用されるようになった。しかし、このよ
うな厚鋼板での１電極１パス溶接法では溶接速度が極端
に低下すること、エレクトロガスアーク溶接用ワイヤに
よって１ラン長尺溶接を行う場合、１コイル（約２０ｋ
ｇ）では量が足りないため、途中で溶接を中断してワイ
ヤを取り替える必要があり、その継ぎ目を補修しなけれ
ばならない等の溶接能率が悪いという問題があった。そ
こで、これらの問題点を解消し、溶接能率を上げるため
の方法として、特開平８−１８７５７９号公報では、開
先板厚方向に溶接電極を２本配置して両電極を揺動させ
て被溶接板を溶接する２電極立向エレクトロガスアーク
溶接方法およびその装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の２電極立向エレ
クトロガスアーク溶接方法では、表側に摺動銅当金を裏
側に固定式裏当材（以下、裏当材という）を使用する
が、両電極ともフラックス入りワイヤを用いて溶接した
め、特に裏当材側電極ワイヤから生成されるスラグは、
摺動銅当金側電極ワイヤのアーク力によってせき止めら
れて摺動銅当金側から逃がすことができない。このた
め、溶融プール上の摺動銅当金側電極ワイヤと裏当材側
電極ワイヤのアーク間（電極ワイヤ間スラグ）、および
裏当材側電極ワイヤのアークと裏当材の間（裏当材側ス
ラグ）にスラグが溜まりやすくなる。そして、上記スラ
グの滞留が過剰になると、特に裏当材側電極の付近でス
ラグ跳ねが多発し、裏当材側溶接チップにスラグが付着
するため、特に開先幅が狭くなっている裏当材側電極付
近では、電極と開先面とが接触しやすくなり、溶接中断
等の作業性の低下が生じる。また、溶融プール上に溜ま
るスラグ量が多くなると、電極ワイヤによるアーク熱が
溶接金属および開先面に十分に伝わらず、融合不良や裏
波ビード外観の悪化などの問題を生じる。

【０００５】上記の裏当材側電極ワイヤ付近でのスラグ
溜りの問題を解決する手段として、裏当材側電極ワイヤ
のスラグ生成率を規制した場合、従来の裏当材の成分組
成では、裏ビードの外観不良（凹凸）が発生し、これに
より塗装性が劣化するためグラインダー研磨等の処理が
必要となるという問題がある。本発明は、上記従来法の
問題点に鑑み、２電極エレクトロガスアーク溶接法を用
いて厚鋼板を溶接する際に、良好な溶接作業性および良
好な裏ビード外観が得られる溶接法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特に裏当材側
電極ワイヤのスラグ発生率および裏当材の成分組成を規
定することにより溶接作業性・効率および裏ビード外観
が共に優れた溶接が得られることを見出しこの知見を基
に発明を完成させたものであり、その発明の要旨とする
ところは、以下の通りである。

【０００７】板厚方向に溶接電極を２本配置して鋼板の
一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定式裏当材を当
てて被溶接板を溶接する２電極立向エレクトロガスアー
ク溶接において、摺動銅当金側電極にフラックス入りワ
イヤを、固定式裏当材側電極にソリッドワイヤまたはス
ラグ生成率をワイヤ溶融量に対して２．６％以下に規制
したフラックス入りワイヤを用い、前記固定式裏当材と
して使用する固形フラックスバッキング材の成分が重量
％で、Ａｌ_２Ｏ_３：３０〜７０％、ＴｉＯ_２ ： ５〜
５０％、ＳｉＯ_２ ： ５〜４０％、を含有し、かつ、
Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２≧９０％とすることを
特徴とする溶接作業性および裏波ビード外観に優れた２
電極立向エレクトロガスアーク溶接方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明が採用する２電極立向エレ
クトロガスアーク溶接方法は、従来の１電極１パス溶接
法に比べて、溶接速度を飛躍的に速くすることができ
る。図１は２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法を
説明する模式図であって、図中５、６はそれぞれ電極ワ
イヤ、２は摺動銅当金、８は裏当材、９は溶融池、１０
は溶接金属である。従来の２電極立向エレクトロガスア
ーク溶接方法では、溶接時に主に溶接ワイヤから発生す
るスラグが溶融プールに溜まり、摺動銅当金側のスラグ
１は、摺動銅当金２側からスラグ逃がし１１の溝を通じ
て逃がすことができるが、電極間スラグ３（摺動銅当金
側電極ワイヤ５と裏当材側電極ワイヤ６間に滞留するス
ラグ）や裏当材側スラグ４（裏当材側電極ワイヤ６と裏
当材８間に滞留するスラグ）は溜りやすく、そのスラグ
よって以下のような問題が生ずることが実験等の結果か
ら判った。

【０００９】（１）上記裏当材側スラグ４は、主に裏当
材側電極ワイヤ６と裏当材８から発生するが、そのスラ
グの滞留量が過剰になると、溶接時にスラグが跳ね上が
り裏当材側電極ワイヤ６にスラグが付着し、被溶接材の
開先面と接触しやすくなり溶接が不可能となることがあ
る。

【００１０】（２）上記（１）の問題を解決するための
方法として、フラックス入りワイヤのスラグ発生成分を
規制したり、またはソリッドワイヤを裏当材側電極ワイ
ヤ６として用いる場合、従来の成分組成の裏当材では、
裏ビードの外観不良（凹凸）が発生し、これにより塗装
性も劣化するためグラインダー研磨等の処理が必要とな
る。これは、従来の裏当材の組成は、耐火性向上の点か
ら高融点のコージライト（２Ｍｇ０・２Ａｌ_２Ｏ_３・５
ＳｉＯ_２）を主原料としており、その裏当材から生成す
るスラグは流動性が悪いためスラグ被包性が均一になら
ず、良好な裏ビード形状が得られないためである。

【００１１】そこで本発明者らは、上記の２電極立向エ
レクトロガスアーク溶接方法を用いる場合の問題点を解
決するために、電極ワイヤおよび裏当材の組成とスラグ
挙動について鋭意検討してた。その結果、スラグ発生
率を規制したフラックス入りワイヤ又はソリッドワイヤ
を裏当材側電極ワイヤに用いることにより、裏当材側ス
ラグの滞留起因のスラグが跳ね上がりおよび裏当材側電
極ワイヤへのスラグ付着を防止でき、さらに、裏当材
の成分組成において、スラグ流動性を悪化させる成分を
規制し、スラグ流動性を向上させるＴｉＯ_２を所定量添
加することによって、上記の問題を解決でき溶接作業性
および裏ビードの外観の良好な溶接を効率的に行えるこ
とが判った。

【００１２】本発明の詳細について以下に説明する。本
発明は板厚方向に溶接電極を２本配置した２電極立向エ
レクトロガスアーク溶接方法であるが、前記従来技術を
同様に鋼板の一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定
式裏当材を当てて溶接を行なう。この場合それぞれの電
極は板厚方向に揺動を行なって開先壁への溶け込みの均
一化を図ってもよい。

【００１３】本発明では、摺動銅板側電極ワイヤとして
フラックス入りワイヤを用い、裏当材側電極ワイヤとし
て、ソリッドワイヤまたはスラグ生成率がワイヤ溶融量
に対して２．６％以下に規制したフラックス入りワイヤ
を用いるものとする。

【００１４】この理由として、摺動銅板側電極ワイヤと
してソリッドワイヤを用いた場合は摺動銅板側のビード
外観が劣化するという問題が生じ、また、裏当材側電極
ワイヤにスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．６％
を超えるフラックス入りワイヤを用いた場合は、裏当材
の成分組成を規定しなくても裏ビード外観は良好である
が、スラグ跳ねが発生するという問題が生じるため上記
のような電極ワイヤの組み合わせとした。

【００１５】本発明では、上記摺動銅板側ワイヤに用い
るフラックス入りワイヤの組成は通常のもので良く、特
に規定しないが、作業性やビード形状の点からそのスラ
グ生成率がワイヤ溶融量に対して２．７％〜５．５％以
下に規制することが好ましい。

【００１６】本発明では図２の開先断面図に示すよう
に、裏当材として耐火材粉末を固めた固形フラックスバ
ッキング材１５の上にガラステープ１６を１枚または数
枚重ねて使用する。なお１７はアルミ箔である。この固
形フラックスバッキング材の組成は以下のように規定す
る。

【００１７】Ａｌ_２Ｏ_３：３０〜７０％ Ａｌ_２Ｏ_３は裏当材の融点を高める効果があり、３０％
未満では耐火性が劣り、溶接中に裏当材の割れ、ビード
外観の不良が発生する。また、７０％を超えると、スラ
グ流動性が劣化し、裏ビード表面に図３のＢに示すよう
な細かい凹凸が発生するため、裏当材中のＡｌ_２Ｏ_３量
は３０〜７０％とした。

【００１８】ＴｉＯ_２ ：５〜５０％ ＴｉＯ_２はスラグの流動性を良好にし、スラグ被包を均
一にする働きがあるが、５％未満ではその効果がなく、
裏ビード表面に図３のＣに示すように大きな凹凸が発生
する。また５０％を超えると、耐火性が劣ることと、ス
ラグ発生量の過多による溶融プールへの流れ込みにため
溶接作業性が劣化する。よって裏当材中のＴｉＯ_２は５
〜５０％とした。

【００１９】ＳｉＯ_２ ：５〜４０％ ＳｉＯ_２は粘性調整のために必要なものであるが、５％
未満ではその効果がなく、４０％を超える場合は生成ス
ラグの流動性が劣化し、またアンダーカットやスラグ巻
き込み等の欠陥が発生する。そこで、ＳｉＯ_２量の範囲
は５〜４０％とした。

【００２０】Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２≧９０
％：Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２の合計が９０％を
下回ると、その他の成分の含有比率が高くなるので適度
な耐火性および生成するスラグの粘性調整を行うことが
難しくなるため良好なビード外観が得られない。また上
記の合計量が９０％以上であれば、コージライトに含有
する高融点の成分や、その他の高融点成分およびスラグ
流動性を劣化させる成分、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、Ｆｅ
Ｏ等を含有しても十分な効果が得られる。

【００２１】なお、本発明において上記固形フラックス
バッキング材の上に装着するガラステープは、０．２ｍ
ｍ〜１．０ｍｍ厚が望ましく、この範囲内ならば重ねて
使用してもよい。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。表１に示す成分の異なる裏当材Ｎｏ．ａ〜ｌを
試作した。次にそれらの裏当材および表２に示した成分
組成の溶接ワイヤを用いて、表３および表４に示す開先
形状および溶接条件にて、表５に示す成分および板厚の
鋼板をそれぞれ１パスの２電極立向エレクトロガスアー
ク溶接を行った。その結果として、表６に試験Ｎｏ．１
から１４の条件で、板厚５０ｍｍおよび７０mmの鋼板を
溶接した際の裏ビード形状および溶接作業性等の評価結
果を示した。ここで、裏ビード形状の評価は、図３のＡ
に示したように裏波ビード外観が滑らかな形状のものを
合格とし、図３のＢ、Ｃに示したように凹凸が発生した
ものを不合格とした。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

【００２９】本発明例Ｎｏ．１〜５はいずれも良好な作
業性および裏波ビード外観が得られた。比較例では、Ｎ
ｏ．６は、裏当て材（Ｎｏ．ｆ）がＡｌ_２Ｏ_３量が多
く、裏波ビードに細かい凹凸が発生した。Ｎｏ．７は、
裏当て材（Ｎｏ．ｇ）がＴｉＯ_２が少なく、スラグの流
動性が劣り、外観不良が発生した。

【００３０】Ｎｏ．８は、裏当て材（Ｎｏ．ｈ）がＳｉ
Ｏ_２が過多のため、スラグの流動性が劣り、外観不良お
よびアンダーカットが発生した。Ｎｏ．９は、裏当て材
（Ｎｏ．ｉ）がＡｌ_２Ｏ_３が低いため、耐火性が劣り、
溶接中に裏当材が割れた結果、外観不良が発生した。Ｎ
ｏ．１０は、裏当て材（Ｎｏ．ｊ）のＡｌ_２Ｏ_３＋Ｔｉ
Ｏ_２＋ＳｉＯ_２の合計が本発明範囲を下回った結果、そ
の他の成分である高融点のＭｇＯ、ＣａＯが多くなり、
スラグの流動性が劣化したため外観不良が発生した。

【００３１】Ｎｏ．１１は、裏当て材（Ｎｏ．ｋ）がＴ
ｉＯ_２が多いため、溶接中に裏当材が割れ、裏波ビード
外観が劣化した。Ｎｏ．１２は、裏当て材（Ｎｏ．ｌ）
がＴｉＯ_２が低いため、裏波ビード外観は劣化し、裏当
材側電極に用いたソリッドワイヤ（Ｗ６）のスラグ生成
率が高いため、溶接中のスラグ跳ねが発生し溶接作業性
が劣化し、解け込み形状も不良となった。

【００３２】Ｎｏ．１３は、裏当て材（Ｎｏ．ｈ）の成
分組成が本発明範囲から外れているが、裏当材側電極に
用いたフラックス入りワイヤ（Ｗ３）のスラグ生成率が
本発明範囲を満足しているため、裏波ビード外観は良好
である。しかし、摺動銅板側電極にソリッドワイヤを用
いたため、スパッタの発生の増大と表側ビード外観が劣
化した。

【００３３】Ｎｏ．１４は、裏当て材（Ｎｏ．ａ）の成
分組成は本発明範囲を満足しており、裏波ビード外観は
良好であるが、裏当材側電極に用いたフラックス入りワ
イヤ（Ｗ１）のスラグ生成率が高いため溶接中にスラグ
跳ねが発生し溶接作業性が劣化し、解け込み形状も不良
となった。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば２
電極エレクトロガスアーク溶接において、良好な溶接作
業性と裏波ビード外観を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明溶接方法の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の裏当材形状を示す開先断面図である。

【図３】裏波ビード外観を示す写真

【符号の説明】

１ 摺動銅当金側スラグ ２ 摺動銅板 ３ ワイヤ極間スラグ ４ 裏当材側スラグ ５ 摺動銅当金側電極ワイヤ ６ 裏当材側電極ワイヤ ７ ワイヤ極間 ８ 裏当材 ９ 溶融池 １０ 溶接金属 １５ 固形スラックスバッキング材 １６ ガラステープ １７ アルミ箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 37/06 Ｂ２３Ｋ 37/06 Ｇ (72)発明者 笹木 聖人 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 BB10 CA01 CC04 DA01 DA03 DB01 DB03 DC01 DC05 DD02 DD04 DE01 DF04 DF09 EA07 4E084 AA02 AA03 AA07 CA21 CA23 DA13 DA26 FA03

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚方向に溶接電極を２本配置して鋼板
   の一方の面に摺動銅当金を、他方の面に固定式裏当材を
   当てて被溶接板を溶接する２電極立向エレクトロガスア
   ーク溶接において、摺動銅当金側電極にフラックス入り
   ワイヤを、固定式裏当材側電極にソリッドワイヤまたは
   スラグ生成率をワイヤ溶融量に対して２．６％以下に規
   制したフラックス入りワイヤを用い、前記固定式裏当材
   として使用する固形フラックスバッキング材の成分が重
   量％で、 Ａｌ_２Ｏ_３：３０〜７０％、 ＴｉＯ_２ ： ５〜５０％、 ＳｉＯ_２ ： ５〜４０％、 を含有し、かつ、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２≧９
   ０％とすることを特徴とする溶接作業性および裏波ビー
   ド外観に優れた２電極立向エレクトロガスアーク溶接方
   法。