JP2004167600A - ２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ、２電極エレクトロガスアーク溶接方法及び２電極エレクトロガスアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚鋼板の立向１パス溶接において、優れた溶接作業性及び良好な低温靭性が得られる２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ、２電極エレクトロガスアーク溶接方法及び２電極エレクトロガスアーク溶接装置を提供する。
【解決手段】 極厚の被溶接材１の表面側に摺動銅板２をあてがい、裏面側に固定式裏当て材３を当て、表面側が裏面側より幅広の開先内に２本の溶接ワイヤ４及び５を板厚方向に離して配置し、被溶接材１を２電極エレクトロガスアーク溶接する。このとき、表面側溶接ワイヤ４のみをオシレートし、裏面側溶接ワイヤ５はオシレートしない。また、溶接ワイヤ４及び５には、ワイヤ全質量あたりＭｎを１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２を０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉを０．５乃至３．０質量％、Ｔｉを０．１０乃至０．５０質量％及びＢを０．００４乃至０．０２０質量％含有するフラックス入りワイヤを使用する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、厚鋼板の立向１パス溶接が可能な２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ、２電極エレクトロガスアーク溶接方法及び２電極エレクトロガスアーク溶接装置に関する。

エレクトロガスアーク溶接は、高能率立向溶接方法として、船舶、石油貯蔵タンク及び橋梁等の幅広い分野で採用されており、溶接の合理化及び継手品質の安定化に貢献している。特に、船舶分野では、コンテナ船のシャーストレーキ及びハッチコーミング部等の板厚が５０ｍｍ以上の極厚板の溶接に適用されている。

しかしながら、このような極厚板の溶接方法において、従来の１電極１パス溶接方法では、溶接速度が大幅に低下すると共に、融合不良等の欠陥は発生しやすくなる。そこで、これらの問題点を解消し、作業効率を向上させるため、各種の２電極エレクトロアークガス溶接方法及びその装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。

特許文献１には、厚肉立向き突合せ継手に対して、厚肉の被溶接板の表面側が裏面側より広幅の立向き突合せ継手開先に、板厚方向に並べて２本の溶接ワイヤを送給し、両溶接ワイヤによるアークの熱源範囲に関して、表面側熱源範囲を裏面側熱源範囲より大きくすると共に、両溶接ワイヤを板厚に沿う方向にオシレートさせて溶接することにより、被溶接板の材質を劣化させることなく、高品質かつ高能率な溶接を実現できるエレクトロガスアーク溶接方法及びその装置が提案されている。

特許文献２は、垂直鋼板に上下方向に延びる開先に、フラックス入りワイヤを供給しつつ、上方向に溶接する立向エレクトロガス溶接装置において、開先の深さ方向に並んだ開先の奥側と開口側を溶接する第１電極及び第２電極、台車、第１電極及び第２電極を開先深さ方向に揺動駆動する振動手段及び第１電極に正極性アークを、第２電極に逆極性アークを発生させる溶接電源を備えることにより、厚物の立向きエレクトロガスアーク溶接を、各部良好な溶込みで、高速で行い、溶融スラグのスパッタの発生を抑制する技術を開示している。

特許文献３は、厚鋼板の開先を２電極立向エレクトロガスアーク溶接する際に、板厚方向に溶接電極を２本配置し、摺動銅板側電極にフラックス入りワイヤを使用し、裏当材側電極にソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用して、両電極を揺動させて溶接することを基本とし、摺動銅板側電極にスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．７乃至５．５％であるフラックス入りワイヤを使用し、裏当材側電極にスラグ生成率がワイヤ溶融量に対して２．６％以下であるソリッドワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅板側電極と裏当材側電極のワイヤ極間距離を１０乃至３８ｍｍ、更に摺動銅板側電極のワイヤ送給速度を裏当材側電極のワイヤ送給速度の１乃至１．５倍、かつ両極の平均ワイヤ送給速度を１４乃至２０ｍ／分とすることにより、３５乃至９０ｍｍ厚鋼板を、立向１パス溶接にて、優れた溶接作業性と良好な溶け込み形状で溶接する方法を開示している。

特許文献４には、裏当材側電極として、スラグ生成率が溶着金属に対する質量％で０．５乃至２．６％である鋼ワイヤ又はフラックス入りワイヤを使用し、摺動銅板側電極としてスラグ生成率が溶着金属に対する質量％で２．７乃至５．５％であるフラックス入りワイヤを使用し、更に裏当材側電極及び摺動銅板側電極ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂの組成を規定した２電極エレクトロガスアーク溶接方法により、良好な溶接作業性と優れた溶接金属性能が得られる２電極エレクトロガスアーク溶接方法が提案されている。

特許文献５には、極厚の被溶接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夫々当てて、その開先内に２本の溶接電極を板厚方向に並べて挿入して被溶接板を溶接する極厚鋼材の２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法において、摺動銅当金側の溶接電極としてワイヤ全量に対して、金属弗化物及びその他の成分組成を規定したフラックス入りワイヤを使用し、固定式裏当材側の溶接電極としてソリッドワイヤを使用することにより、厚鋼板を溶接する際に、良好な低温靭性及び良好な溶接作業性が得られる２電極立向エレクトロガスアーク溶接方法が提案されている。

特開平８−１８７５７９号公報 （第２−３頁、第１図） 特開平１０−１１８７７１号公報 （第２−３頁、第３図） 特開平１１−２８５８２６号公報 （第２−３頁、第１図） 特開平１１−１９７８８４号公報 （第３−４頁、第１図） 特開２００２−１０３０４１号公報 （第３−４頁、第１図）

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の従来の溶接方法では、２電極ともオシレートしており、溶接長が短い場合は使用できるが、溶接長が長くなると、裏面側ワイヤのオシレートの影響により、裏面側ワイヤがアーク不安定となり、裏ビードの不良（余盛、ビード幅）、スパッタ発生量過多の現象が発生しやすくなる。また、付着したスパッタによるシールド不良及びチップ融着のため、溶接の中断及び手直しを余儀なくされ、溶接能率を低減させている。

また、特許文献４に記載の溶接方法は、スラグ生成率及び成分を規定することで優れた作業性を得ることができるが、これも基本的にワイヤ極間距離を一定にたもち板厚方向に揺動させることが前提である。

更に、特許文献５に記載の溶接方法は、２本のワイヤのうち開先開口部側は組成を細かく限定したフラックス入りワイヤを使用し、裏当て材側はソリッドワイヤを使用する組み合わせにより、良好な作業性及び低温靭性を得ており、ワイヤの揺動に関しては言及されていない。

更にまた、前述の特許文献２に記載されているような従来の２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、表面側及び裏面側に配置された２つの電極が共にオシレートしているため、両方の電極にオシレート装置を組み込むか、又は両方の電極を一体化して１つの装置で同期させてオシレートしなければならない。そのため、従来の２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、大型で、複雑であるという問題点がある。更に、２つの電極が一体化されている場合は、一方の電極のみを使用することができないという問題点もある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、厚鋼板の立向１パス溶接において、優れた溶接作業性及び良好な低温靭性が得られる２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ、２電極エレクトロガスアーク溶接方法及び２電極エレクトロガスアーク溶接装置を提供することを目的とする。

本願第１発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接方法は、被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記溶接ワイヤはフラックス入りワイヤであり、表面側の溶接ワイヤのみを板厚方向にオシレートさせて、両ワイヤの極性を逆にして溶接することを特徴とする。

本発明においては、裏面側ワイヤのアーク安定性を確保するために、裏面側ワイヤをオシレートせず、板厚方向の位置を固定する。また、スパッタ発生量を低減するため、表面側ワイヤ、裏面側ワイヤともにフラックス入りワイヤを使用し、更に、双方の極性を逆にすることにより、アーク干渉を防止し、良好なアーク安定性を確保する。

この２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記表面側ワイヤの極性を逆極性、前記裏面側ワイヤの極性を正極性とすることが好ましい。これにより、両極間のアーク干渉を防止することができるため、良好な溶接作業性を確保できる。また、前記裏面側ワイヤと前記被溶接板の裏面との距離を３乃至５０ｍｍにしてもよい。これにより、溶落、余盛過大、外観不良及び融合不良等を防止することができるので、優れた裏ビード外観及び形状が得られる。更に、前記フラックス入りワイヤは、例えば、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉ：０．５乃至３．０質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００４乃至０．０２０質量％を含有する。このフラックス入りワイヤを使用することにより、入熱量が多くても衝撃性能が低下せず、靱性が優れた溶接金属が得られる。

本願第２発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に第１及び第２の２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接装置において、前記第１の溶接ワイヤを前記開先内に送給すると共に前記開先に沿って移動する溶接台車と、前記溶接台車に脱着自在に取り付けられ前記第２の溶接ワイヤを前記開先内の前記第１溶接ワイヤよりも前記裏当材側の位置に送給する送給部材と、前記溶接台車に設けられ前記第１の溶接ワイヤを前記被溶接板の板厚方向にオシレートさせるオシレート装置と、前記第１及び第２の溶接ワイヤに極性が相互に逆の電圧を印加する電源と、を有することを特徴とする。

本発明においては、裏面側ワイヤをオシレートせず、表面側ワイヤのみオシレートするため、裏面側ワイヤにはオシレート装置が不要である。また、表面側ワイヤのみで溶接が可能な場合は、裏面側ワイヤを取り外すことができる。その結果、装置が簡略化及び軽量化される。

この２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、前記溶接台車に挿入部が設けられており、前記送給部材に前記挿入部を嵌合する取付部が設けられており、前記取付部を前記挿入部に嵌合させた状態で、前記取付部を前記挿入部にネジ留めすることにより、前記送給部材を前記溶接台車に固定することができる。又は、前記溶接台車にＵ字型の取付部が設けられており、前記送給部材に前記取付部に差し込まれる挿入部が設けられており、この挿入部を前記取付部に嵌入した状態で、前記挿入部を前記取付部にネジ留めすることにより、前記送給部材を前記溶接台車に固定することができる。

本願第３発明に係る２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に前記被溶接板に相対的に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に前記被溶接板に対して固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接に使用する２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉ：０．５乃至３．０質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００４乃至０．０２０質量％を含有することを特徴とする。

本発明においては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＢ含有量を上述の範囲内にすることにより、板厚及びギャップの増加により入熱量が増加した場合においても、溶接金属の衝撃性能が低下することを防止できる。これにより、２電極エレクトロガスアーク溶接のような入熱溶接においても、靱性が優れた溶接金属を得ることができる。また、ＳｉＯ_２含有量を０．１０乃至１．００質量％とすることにより、アークが安定して、良好な溶接作業性を確保することができる。

本発明によれば、表面側ワイヤ及び裏面側ワイヤにフラックス入りワイヤを使用し、裏面側の溶接ワイヤはオシレートさせず、表面側の溶接ワイヤのみを板厚方向にオシレートさせて、両ワイヤの極性を逆にして溶接することにより、厚鋼板の立向１パス溶接において、優れた溶接作業性及び良好な低温靭性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る２電極エレクトロガスアーク溶接装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置を示す側面図であり、図２（ａ）は表面側溶接ワイヤを送給する溶接台車を示す平面図であり、図２（ｂ）は裏面側溶接ワイヤを送給する送給部材を示す平面図である。また、図３は溶接ワイヤの供給部を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク装置には、開先内に表面側溶接ワイヤ４を送給すると共に開先に沿って移動する溶接台車２６と、開先内の表面側溶接ワイヤ４よりも裏当材側の位置に裏面側溶接ワイヤ５を送給する送給部材２９とが設けられている。この送給部材２９は、溶接台車２６に脱着自在に取り付けられている。また、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置には、表面側溶接ワイヤ４及び裏面側溶接ワイヤ５に、極性を相互に逆の電圧を印加する電源が設けられている。更に、図３に示すように、表面側溶接ワイヤ４及び裏面側溶接ワイヤ５は、夫々、管状のトーチ１６及びトーチ１７に挿入され、その内部を通って先端部から開先内に供給される。

図２（ａ）に示すように、溶接台車２６には、表面側溶接ワイヤ４を開先内に案内するトーチ１６を支持するアーム２１が設けられている。このアーム２１にはクランプ２３が取り付けられており、クランプ２３でトーチ１６を挟み込むことにより、トーチ１６の位置を保持している。また、アーム２１はその位置を前後左右に移動させることができ、これにより、トーチ１６の位置、即ち、表面側溶接ワイヤ４の供給位置を調整することができる。更に、溶接台車２６には、オシレート装置２５が組み込まれており、このオシレート装置２５により表面側溶接ワイヤ４が被溶接板の板厚方向にオシレートされる。更にまた、溶接台車２６には左右に２個ずつ上下２段に計８個の車輪２７が設けられている。そして、この車輪２７を被溶接板上に開先に沿って設けられたレール２８に転接させ、車輪２７をモーター等により回転させることにより、溶接台車２６を開先に沿って移動させる。

また、図２（ｂ）に示すように、送給部材２９には、裏面側溶接ワイヤ５を開先内に案内するトーチ１７を支持するアーム２２が設けられている。このアーム２２にもクランプ２４が取り付けられており、このクランプ２４でトーチ１７を挟み込むことにより、トーチ１７の位置を保持している。なお、アーム２２は、前述のアーム２１と同様に、その位置を前後左右に移動させることができ、これにより、トーチ１７の位置、即ち、裏面側溶接ワイヤ５の供給位置を調整することができる。

更に、送給部材２９は、溶接台車２６に脱着自在に取り付けられている。図４（ａ）は溶接台車に送給部材を取り付ける方法を示す分解側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ線による分解断面図である。その取付方法としては、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、供給部材２９にＵ字型の取付部３０を設け、溶接台車２６には取付部３０に嵌合される挿入部３１を設ける。そして、取付部３０と挿入部３１とを嵌合させた状態、即ち、取付部３０で挿入部３１を挟み込んだ状態で、取付部３０を挿入部３１にネジ留めする方法がある。このように、供給部材２９に取付部３０を設けることにより、２電極エレクトロガスアーク溶接装置の溶接台車３０として、従来の１電極用の溶接台車を使用することができる。なお、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置においては、送給部材２９にオシレート装置は組み込んでいない。

上述のように、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、表面側ワイヤ４にのみオシレート装置２５を組み込み、裏面側ワイヤ５はクランプ２４により保持しているだけで、オシレート装置は組み込んでいない簡単な装置である。このため、装置全体を簡素化及び軽量化することができる。また、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置は、裏面側溶接ワイヤ５を容易に脱着することができるため、２電極溶接が必要になった時点で、裏面側溶接ワイヤ５を追加することができる。このように、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置においては、下方を溶接する場合は表面側溶接ワイヤ４のみ使用して１電極で溶接し、２電極溶接が必要になったときに、裏面側溶接ワイヤ５を追加することができるため、例えば、近時大型化され、板厚が８０乃至１００ｍｍに達するコンテナ船シャーストレーキ部等のように、板厚が上方になるに従い厚板になるものの溶接にも適用することができる。

次に、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置の動作、即ち、２電極エレクトロガスアーク溶接方法について説明する。図５は本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法を示す平面図であり、図６はその側面断面図である。図５及び図６に示すように、先ず、１対の厚鋼板からなる被溶接板１を垂直方向に延びる開先１１を有して、水平方向に対向させて配置し、この開先１１内を溶接金属１０で埋めて、立向突合せ継手を形成する。この開先１１は、例えば、Ｖ字形であり、表面側の開先幅が、裏面側の開先幅より広いものである。

次に、開先１１の裏面側（被溶接板の裏面側）に、裏当材３を固定的に配置する。本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、溶接作業中に裏当材３は移動しない。一方、開先１１の表面側（被溶接板の表面側）に、上方に向けて移動する摺動銅板２を配置する。この摺動銅板２には大気が溶接部に侵入しないようにシールドするシールドガス（例えば、ＣＯ_２ガス）を噴出するガス噴出口８が摺動銅板２の上部に設けられている。また、摺動銅板２には、摺動銅板２を冷却する冷却水通路６が内設されており、この冷却水通路６に冷却水を供給する供給口７が摺動銅板２の下部に設けられている。

次に、裏面側溶接ワイヤ５を被溶接板の裏面から３乃至５０ｍｍの位置に配置する。なお、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、裏面側溶接ワイヤ５はオシレートしない。即ち、板厚方向には移動しない。一方、表面側溶接ワイヤ４は被溶接板の板厚方向で適宜の幅でオシレートする。

そして、これらの表面側溶接ワイヤ４及び裏面側溶接ワイヤ５と、摺動銅板２を、適宜の溶接台上に設置し、この溶接台を被溶接板１の表面に平行に上方に移動させることにより、表面側溶接ワイヤ４及び裏面側溶接ワイヤ５と、摺動銅板２とを一体的に同一速度で上方に移動させて、立向突合せ溶接を実施する。

なお、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、表面側ワイヤ４及び裏面側ワイヤ５にはいずれもフラックス入りワイヤを使用し、更に表面側ワイヤ４及び裏面側ワイヤ５の極性を相互に逆にして溶接する。これにより、良好な溶接作業性を得ることができる。

本発明者らの実験研究の結果、従来の２電極エレクトロガスアーク溶接方法では、２電極ともオシレートしており、溶接長が短い場合は使用可能であるものの、溶接長が長く、ギャップ変動等の開先のバラツキが多い実溶接施工では、裏面側ワイヤのオシレートの影響により、裏面側ワイヤがアーク不安定となり、裏ビードの不良（余盛、ビード幅）、スパッタ発生量過多の現象が発生しやすくなる。付着したスパッタによるシールド不良及びチップ融着のため、溶接の中断及び手直しを余儀なくされ、溶接能率を低減させる原因となる。

このため、本実施形態においては、裏面側ワイヤ５はオシレートせず、表面側ワイヤ４のみをオシレートさせることにより、アーク安定性を向上させ、スパッタ発生量を低減している。これにより、長尺で開先のバラツキが大きい実溶接施工に対しても、良好な溶接作業性を確保できる溶接方法を確立することができる。本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法における推奨溶接条件を下記表１に、板厚毎の推奨溶接条件の一例を下記表２に示す。また、板厚毎のオシレート条件の一例を下記表３に示す。更に、図７（ａ）は被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合の溶接方法を示す平面図であり、図７（ｂ）は被溶接板の板厚が３５ｍｍである場合の溶接方法を示す平面図である。更にまた、図８は被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合の溶接方法を示す側面断面図である。図７（ａ）及び図８に示すように、被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合は、例えば、開先角度αを２０°、裏面側開先幅を１０ｍｍとし、オシレートストロークＡを１５ｍｍ、表面側ワイヤ４と裏面側ワイヤ５との極間距離Ｌを２５ｍｍ、裏面側ワイヤの狙い位置ｍを３５ｍｍとして溶接する。また、被溶接板１の板厚が８０ｍｍである場合は、図７（ｂ）に示すように、例えば、極間距離Ｌを１０ｍｍとし、前述の被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合と同様に溶接する。なお、オシレート速度は、１．５乃至７．５ｃｍ／秒とすることが好ましい。

また、表面側ワイヤ及び裏面側ワイヤの極性の組み合わせを、一方を正極、他方を逆極とすることにより、両極間のアーク干渉を防ぎ、良好な溶接作業性が確保できる。なお、好ましくは表面側ワイヤを逆極、裏面側ワイヤを正極とすることであり、これにより、裏面側ワイヤのアークの広がりが増し、裏面まで十分にアークが達し、良好な裏ビードを形成することが可能となる。

更に、本発明者らの実験の結果によると、裏面側ワイヤの固定位置が裏ビード外観、形状に大きな影響を与えることが確認された。裏面側ワイヤの固定位置が裏面から３ｍｍ以上５０ｍｍ以下では、良好な裏ビード外観、形状が得られるが、裏面から３ｍｍ未満では、溶落及び余盛過大が生じ、裏面から５０ｍｍを超えた場合、余盛不足等の外観不良及び融合不良等が確認された。従って、良好な裏ビード外観、形状を得るには、裏面側ワイヤの固定位置は、裏面から３乃至５０ｍｍとすることが必要である。

更にまた、従来の２電極エレクトロガスアーク溶接方法では、使用するワイヤとして、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤの組み合わせがあるが、ソリッドワイヤを使用した場合、アークが安定せず、スパッタ発生量が増加する傾向にある。このため、トーチ又は摺動銅板周辺にスパッタが付着し、チップ融着及びシールド不良等を引き起こし、溶接の中断の原因となる。そこで、本発明では表面側ワイヤ及び裏面側ワイヤにアーク安定性が良いフラックス入りワイヤを使用することにより、スパッタ発生量を低減し、良好な溶接作業性及び健全な継手品質を得ることできる。

次に、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法で使用するフラックス入りワイヤについて、より詳細に説明する。本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎを１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２を０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉを０．５乃至３．０質量％、Ｔｉを０．１０乃至０．５０質量％及びＢを０．００４乃至０．０２０質量％を含有する。

以下、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける各成分の数値限定理由について説明する。

Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％
Ｍｎは脱酸剤として作用し、溶接金属の靱性への影響が大きい。Ｍｎ含有量が１．５質量％未満では溶接金属の靱性が不足する。一方、Ｍｎ含有量が２．５質量％を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量は、１．５乃至２．５質量％とする。なお、より好ましくは、Ｍｎ含有量が１．６乃至２．３質量％である。これにより、靱性がより向上する。

ＳｉＯ _２ ：０．１０乃至１．００質量％
一般に、エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおけるスラグ発生成分としては、ＣａＦ_２が使用されており、本発明のフラックス入りワイヤにおいても、このＣａＦ_２を使用する。このとき、ＳｉＯ_２は必須の成分であり、スラグ造滓剤として作用する。但し、ＳｉＯ_２含有量が０．１０質量％未満ではスラグ量が過少となり、表ビード外観が不良になる。一方、ＳｉＯ_２含有量が１．００質量％を超えると、溶融池上のスラグが過剰になって埋もれアーク状態になる。その結果、アークが不安定になり、スパッタが増加する。よって、ＳｉＯ_２含有量は、０．１０乃至１．００質量％とすることが好ましい。

前述の特許文献４に記載の従来のフラックス入りワイヤにおいては、溶融金属中のスラグ含有量を２．７質量％以上にすることを推奨しているが、溶融金属中のスラグ含有量が２．７質量％以上であると、溶融池上のスラグ量が過剰になって埋もれアークとなり、アークが不安定になるという問題がある。このため、溶融金属量に対するスラグ量の割合は、２．７質量％未満とすることが好ましい。これにより、アーク安定性が良好になる。また、より好ましくは、溶融金属量に対するスラグ量の割合は０．５乃至２．５質量％である。これにより、アーク安定性及びビード外観がより一層良好になる。

Ｎｉ：０．５乃至３．０質量％
Ｎｉは、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。但し、Ｎｉ含有量が０．５質量％未満ではその効果が少なく、Ｎｉ含有量が３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が劣化する。なお、より好ましくは、Ｎｉ含有量が０．９乃至２．７質量％である。これにより、靱性がより向上する。

Ｔｉ：０．１０乃至０．５０質量％
Ｔｉは、前述のＮｉと同様に、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。但し、Ｔｉ含有量が０．１０質量％未満ではその効果が少なく、また、スラグ剥離性が劣る。一方、Ｔｉ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が劣化する。なお、より好ましくは、Ｔｉ含有量が０．１５乃至０．３０質量％である。これにより、靱性がより向上する。

Ｂ：０．００４乃至０．０２０質量％
Ｂは、前述のＮｉ及びＴｉと同様に、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。但し、Ｂ含有量が０．００４質量％未満ではその効果が少ない。一方、Ｂ含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が劣化すると共に、高温割れの危険性が高くなる。なお、Ｂ含有量を０．００４乃至０．０１５質量％とすることがより好ましい。これにより、靱性がより向上する。

また、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＢの含有量のバランスが重要である。これらの成分を上述の範囲にすることにより、２電極エレクトロンアーク溶接法による厚鋼板の立向１パス溶接において、良好な溶接作業性及び良好な低温靱性が得られる。

なお、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、裏面側溶接ワイヤ及び表面側溶接ワイヤに同一組成のワイヤを使用することもできるが、裏面側と表面側とで溶接ワイヤの組成を変えることが好ましい。また、本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法においては、裏面側溶接ワイヤをオシレートせずに溶接することにより、溶接長が短いときには問題にならなかった裏面側溶接ワイヤのアーク不安定によるスパッタの多発を防止しているが、裏面側のワイヤ組成を適性化することにより、その効果をより向上することができる。そのワイヤ成分の中でも特に、ＳｉＯ_２はスパッタ発生量に関連が深く、裏面側溶接ワイヤにおいては、ＳｉＯ_２含有量を高めにするとよい。具体的には、裏面側溶接ワイヤのＳｉＯ_２含有量は０．３乃至１．０質量％であることが好ましい。また、このとき、表面側溶接ワイヤのＳｉＯ_２含有量は０．１乃至０．５質量％であることが好ましい。溶接ワイヤにおけるＳｉＯ_２含有量が上述の範囲を超えると、溶融池上のスラグ量が過剰になって、埋もれアーク状態になり、アーク不安定及びスパッタの増加が懸念される。更に、裏面側溶接ワイヤは開先の奥にあり、表面側に比べて付着してしまったスパッタを取り除くことが難しいため、裏面側溶接ワイヤのスパッタ発生は特に抑制することが望ましい。

以下、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４は実施例及び比較例のワイヤの種類、極性、オシレート条件を示す。また、下記表５は各実施例及び比較例の溶接作業性を示す。但し、表４におけるＦＣＷはフラックス入りワイヤ（Flux Cored Wire）であり、表５の○は実施例１−８と同等の性能の場合、◎はこの実施例１−８より優れていた場合、△は実施例１−８よりやや劣る場合、×は劣る場合である。なお、試験条件は、被溶接板１の形状が、厚さが８０ｍｍ、幅が５００ｍｍ、長さが３０００ｍｍ、開先角度が２０°、開先形状がＶ字形で、開先ギャップは溶接スタート側が４ｍｍ、溶接エンド側が８ｍｍである。即ち、実構造物でのギャップ変動を考慮し、溶接スタート側の下端部にて開先ギャップを４ｍｍとし、溶接エンド側の上端部にて開先ギャップを８ｍｍとしたテーパギャップを設けた。

比較例１−１乃至１−４は表面側ワイヤ、裏面側ワイヤの種類による溶接作業性への影響を示したものである。ソリッドワイヤとソリッドワイヤの組み合わせ（比較例１−１）では、アークが不安定となり、スパッタが大量に発生するため、シールド不良及びチップ融着等を引き起こし、溶接の継続が不能となった。また、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤとの組み合わせ（比較例１−２、１−３）では、ソリッドワイヤのアーク安定性が低く、スパッタ発生量が多くなる傾向にある。特に、表面側ワイヤをフラックス入りワイヤ、裏面側ワイヤをソリッドワイヤとした場合（比較例１−２）は、板厚が大きくなればなるほど、裏面側トーチに付着したスパッタを除去することが著しく難しくなり、チップ融着が起こりやすくなる。

それに対して、フラックス入りワイヤとフラックス入りワイヤの組み合わせ（比較例１−４）では、アーク安定性が良好であり、良好なビード外観及びビード形状を確保できた。また、スパッタ発生量が少ないため、トーチ及び摺動銅板のガス噴出口へのスパッタ付着量が少なく、安定した溶接を行うことができた。

次に、比較例１−４乃至１−７は、表面側ワイヤ、裏面側ワイヤの極性の影響を示したものである。両極の極性が同じ場合（比較例１−４、１−７）は、両極間でアーク干渉が発生し、アーク安定性が損なわれる結果となった。一方、両極の極性を逆にした場合（比較例１−５、１―６）、両極間でのアーク干渉は発生せず、良好なアーク安定性が確保できた。特に、表面側ワイヤを逆極、裏面側ワイヤを正極とした場合（比較例１−６）は、裏面側ワイヤのアークは広がりがあり、溶込みが広くなるため、裏面まで十分アークが達し、良好な裏ビードを形成することが可能である。

次に、比較例１−６乃至１−１３は、表面側ワイヤ及び裏面側ワイヤのオシレートによる溶接作業性への影響を示したものである。表面側ワイヤ及び裏面側ワイヤはいずれもオシレートした場合（比較例１−６、比較例１−７、比較例１−１４、比較例１−１５）は、オシレートによりアーク安定性が低下し、スパッタ発生量が増加する。この方法では、溶接長が短い場合は使用可能であるものの、溶接長が長く、ギャップ変動等の開先のバラツキが多い実溶接施工では、裏面側ワイヤのオシレートの影響により、裏面側ワイヤがアーク不安定となり、裏ビードの不良（余盛、ビード幅）、スパッタ発生量過多等の現象が発生しやすくなる。付着したスパッタによるシールド不良及びチップ融着のため、溶接の中断及び手直しを余儀なくされ、溶接能率を低減させる原因となる。

これに対し、本発明の実施例１−８及び実施例１−９では、表面側ワイヤのみをオシレートさせ、表面側ワイヤを固定することにより、ギャップ変動等の開先形状のバラツキが多い長尺の実施工に対しても、良好なアーク安定性を確保することが可能となった。

また、表面側ワイヤを固定、裏面側をオシレート又は固定した場合（比較例１−１０乃至１−１３）は、表面側の溶込みが十分得られず、融合不良等の溶接欠陥が発生した。従ってオシレートに関しては、表面側ワイヤをオシレート、裏面側ワイヤを固定することにより、実施工に適した良好な溶接作業性を得ることができる。

下記表６は、裏面側ワイヤの固定位置が裏ビード外観、形状に及ぼす影響を示したものである。実施例２−３乃至２−２−１０の場合は、裏面側ワイヤの固定位置が裏面から３ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるので、良好な裏ビード外観及びビード形状が得られるが、裏面から３ｍｍ未満の場合（比較例２−１及び２−２）では、溶落及び余盛過大となり、裏面から５０ｍｍを超えた場合（比較例２−１１及び２−１２）は、開先裏面側が十分溶融せず、余盛不足等の外観不良及び融合不良等が確認された。従って、良好な裏ビード外観、形状を得るには、裏面側ワイヤの固定位置は、裏面から３乃至５０ｍｍとすることが必要である。

次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２においては、先ず、下記表７に示す組成のフラックス入りワイヤを作製した。なお、下記表４に示すワイヤ成分において、残部はＦｅ、Ｓｉ及びＣ等である。また、比較例Ｎｏ．３−２１は、従来のフラックス入りワイヤである。

次に、実施例及び比較例の各ワイヤを使用して、厚さ８０ｍｍ、幅５００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの被溶接板を、２電極エレクトロガスアーク溶接方法により立向１パス溶接を行い、その溶接作業性及び溶接金属の衝撃性能に関して評価を行った。このときの溶接条件は、開先形状をＶ字型、開先ギャップを８ｍｍとし、入熱量は全て約６００ｋＪ／ｃｍとした。また、衝撃試験は、ＪＩＳＺ３１２８に規定されている溶接継手の衝撃試験方法により、−２０℃における衝撃値ｖＥを測定し、その値が４１Ｊのものを○、４１Ｊ未満のものを×とした。更に、溶接作業性の評価は、実施例であるＮｏ．３−１１のフラックス入りワイヤを基準にして、Ｎｏ．３−１１より優れているものを◎、同等のものを○、やや劣るものを△、劣るものを×にした。以上の結果を下記表８に示す。

上記表８に示すように、Ｍｎ含有量が１．５質量％未満である比較例３−２のワイヤ、Ｎｉ含有量が０．５質量％未満である比較例３−３のワイヤ、Ｔｉ含有量が０．１質量％未満である比較例３−５のワイヤ及びＢ含有量が０．００４質量％未満である比較例３−７のワイヤは、焼入れ性が不足しているため衝撃値が低く、特に、比較例３−３のワイヤでは、表ビード外観不良も発生した。また、Ｍｎ含有量が２．５質量％を超えている比較例３−１のワイヤ、Ｎｉ含有量が３．０質量％を超えている比較例３−４のワイヤ及びＴｉ含有量が０．５０質量％を超えている比較例３−６のワイヤは、溶接金属の強度が高くなりすぎて、衝撃性能が低下した。更に、Ｂ含有量が０．０２０質量％を超えている比較例３−８のワイヤは、Ｂ含有量が多いため、耐高温割れ性が劣化し、高温割れが発生した。更にまた、ＳｉＯ_２含有量が０．１０質量％未満である比較例３−９のワイヤでは、スラグ量が過少となり表ビード外観不良が発生した。更にまた、ＳｉＯ_２含有量が０．２５質量％を超えている比較例３−１０のワイヤでは、溶融池上のスラグ量が過多となり、埋もれアーク状態になった。その結果、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増加した。更にまた、従来品である比較例３−２１は、Ｍｎ含有量、Ｎｉ含有量、Ｔｉ含有量、Ｂ含有量が本発明の範囲外であるため衝撃値が低く、更に、溶接作業性においても、Ｔｉが０．１０質量％未満であるためスラグ剥離性が劣っていた。

一方、本発明の範囲内である実施例３−１１乃至３−２０及び実施例３−２２乃至３−２４のワイヤでは、衝撃性能及び溶接作業性能共に良好であった。

本実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接装置を示す側面図である。 （ａ）は表面側溶接ワイヤを送給する溶接台車を示す平面図であり、（ｂ）は裏面側溶接ワイヤを送給する送給部材を示す平面図である。 溶接ワイヤの供給部を示す側面図である。 （ａ）は溶接台車に送給部材を取り付ける方法を示す分解側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による分解断面図である。 本発明の実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法を示す平面図である。 本発明の実施形態の２電極エレクトロガスアーク溶接方法を示す側面断面図である。 （ａ）は被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合の溶接方法を示す平面図であり、（ｂ）は被溶接板の板厚が３５ｍｍである場合の溶接方法を示す平面図である。 被溶接板の板厚が８０ｍｍである場合の溶接方法を示す側面断面図である。

符号の説明

１：被溶接板
２：摺動銅板
３：裏当て材
４：表面側溶接ワイヤ
５：裏面側溶接ワイヤ
６：冷却水通路
７：供給口
８：ガス噴出口
１０：溶接金属
１１：開先
１２：溶融金属
１３：スラグ
１６、１７：トーチ
２１、２２：アーム
２３、２４：クランプ
２５：オシレート装置
２６：溶接台車
２７；車輪
２８；レール
２９：送給部材
３０：取付部
３１：挿入部
Ａ：オシレートストローク
ａ_１：表面側ワイヤの奥停止位置
ａ_２：表面側ワイヤの手前停止位置
Ｌ：極間距離
ｍ：裏面側ワイヤの狙い位置
ｎ：突き出し長さ
ｔ：板厚
α：開先角度

Claims (8)

1. 被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接方法において、前記溶接ワイヤはフラックス入りワイヤであり、表面側の溶接ワイヤのみを板厚方向にオシレートさせて、両ワイヤの極性を逆にして溶接することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
2. 前記表面側ワイヤの極性を逆極性、前記裏面側ワイヤの極性を正極性としたことを特徴とする請求項１に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
3. 前記裏面側ワイヤと前記被溶接板の裏面との距離が３乃至５０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
4. 前記フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉ：０．５乃至３．０質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００４乃至０．０２０質量％を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接方法。
5. 被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に第１及び第２の２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接装置において、前記第１の溶接ワイヤを前記開先内に送給すると共に前記開先に沿って移動する溶接台車と、前記溶接台車に脱着自在に取り付けられ前記第２の溶接ワイヤを前記開先内の前記第１溶接ワイヤよりも前記裏当材側の位置に送給する送給部材と、前記溶接台車に設けられ前記第１の溶接ワイヤを前記被溶接板の板厚方向にオシレートさせるオシレート装置と、前記第１及び第２の溶接ワイヤに極性が相互に逆の電圧を印加する電源と、を有することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接装置。
6. 前記溶接台車には挿入部が設けられており、前記送給部材には前記挿入部を嵌合する取付部が設けられており、この取付部を前記挿入部に嵌合させた状態で、前記取付部を前記挿入部にネジ留めすることにより、前記送給部材が前記溶接台車に固定されることを特徴とする請求項５に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接装置。
7. 前記溶接台車にはＵ字型の取付部が設けられており、前記送給部材には前記取付部に差し込まれる挿入部が設けられており、この挿入部を前記取付部に嵌入した状態で、前記挿入部を前記取付部にネジ留めすることにより、前記送給部材が前記溶接台車に固定されることを特徴とする請求項５に記載の２電極エレクトロガスアーク溶接装置。
8. 被溶接板の表面側が裏面側より幅広で上下に延びる開先に対し、表面側に前記被溶接板に相対的に上方に摺動する摺動銅板を当て、裏面側に前記被溶接板に対して固定された裏当材を当てると共に、前記開先内に２本の溶接ワイヤを前記表面側と裏面側に離隔させて配置し、前記開先を立向突合せ溶接する２電極エレクトロガスアーク溶接に使用する２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至１．００質量％、Ｎｉ：０．５乃至３．０質量％、Ｔｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｂ：０．００４乃至０．０２０質量％を含有することを特徴とする２電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

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