JP2007090398A

JP2007090398A - エレクトロスラグ溶接用摺動式当金

Info

Publication number: JP2007090398A
Application number: JP2005284200A
Authority: JP
Inventors: Yukio Shinpo; 幸雄真保
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】アーク溶接による、スラグと溶融金属を含む溶融池を保持しつつ、前記溶融池からスラグを選択的に排出する、エレクトロスラグ溶接の摺動式当金を提供する。
【解決手段】開先側となる面に、溶接進行方向に刻設された溝を有し、前記溝は溶融金属とスラグを含む溶融池からスラグを選択的に吸引し、且つ当金の表面から内部にかけて漸次減少する幅を有し、好ましくは、当金の表面において、０．８ｍｍ〜４ｍｍの幅で、吸引した前記スラグを該当金の外部に排出するように前記溶接用当金に刻設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接による、スラグと溶融金属を含む溶融池を保持しつつ、前記溶融池からスラグを選択的に排出するエレクトロスラグ溶接の摺動式当金に関する。

エレクトロガスアーク溶接（以下、ＥＧＷ）においては、一般的にフラックス入りワイヤが使用されている。充填フラックス中にはスラグ形成剤が配合されており溶接時にこれが溶融してスラグ化し、スラグがビード表面と当金との間に介在することで前記当金の円滑な摺動を保証するとともにビード外観を良好に保っている。

スラグは当金とビードの隙間から逃がすことができるが、スラグの排出が不十分であると、溶融金属表面にスラグが滞留し、その結果、逃げ場を失ったスラグがスラグ跳ねとなり、溶接チップにスラグが付着する。ＥＧＷでは通常開先が狭いため、溶接チップにスラグが付着して太くなると溶接チップが開先に挟まって動作が不能となり溶接を中断しなければならなくなる。

溶接が中断すると、スラグを除去して後、溶接を再スタートする。溶接を中断し再スタートした継手部には溶込み不良などの溶接欠陥が発生するため、溶接終了後に表側及び裏側の両面からアークエアーガウジングなどで欠陥を除去したのち補修溶接を行なう。

また、溶接が中断するほどでなくとも溶融金属上にスラグが過剰に滞留するとアークがスラグを掻き分けて発生するようになるためアークが不安定となりアークが消失することもある。

以上のように、スラグが滞留すると溶接が不安定になるとともに、極端な場合には溶接を中断させ、溶接能率を低下させるため、その防止のため、種々の技術が提案されている。

特許文献１には、スラグの排出を確保するため、ビードとの隙間が下へ行くほど広くなるようなテーパーが設けられている当金が記載されている。

また、特許文献２には、溶融金属上のスラグ厚みを検知して、スラグ長に応じて摺動当金の実効長を変化させて、過剰なスラグの滞留を防止する方法が開示されている。
特許文献３には、立向きエレクトロガスアーク溶接用の固定式当金に、当該固定式当金を貫通するスリットを設け、スラグを排出する方法が開示されている。
特開平１１−２８５８２６号公報特開昭６２−１３４１８０号公報特開平８−２６７２８３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、スラグは溶融しており、かつ溶接金属は凝固した位置で当金がビードから離れるようにしなければスラグを排出する効果はなく、最適な形状を見出すことが困難であった。また、溶接条件が変われば、最適な当金の形状も変化するため、溶接条件が変わるたびに当金の形状を変える必要があり、当金の表面を加工しなおす必要があった。

また、特許文献２の方法ではスラグ厚の検知装置および、検知されたスラグ厚に応じて自動的に当金を上下方向に移動させる制御および駆動機構を必要とし、装置が複雑になる欠点があった。

特許文献３の方法は固定式の当金に関するものであり、この方法をそのまま摺動式当金に適用するには問題があった。すなわち、当金にスリットを設けそこにスラグを排出すると、溶接ビードと当金の隙間およびスリットに侵入したスラグが一体となって凝固し溶接ビードと当金を固着する。

このため、溶接ビードと当金の相対的移動がさまたげられ、摺動式当金に適用することはできない。

本発明は、かかる問題を解決し、溶接条件の広い範囲においても有効で、かつ、簡便にスラグ排出を確保して、溶融金属表面に過剰のスラグが滞留するのを防止するエレクトロスラグ溶接用摺動式当金を提供することを目的とする。

本発明者は前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、溶接当金の溶接金属側の面で、溶融池に接する領域に、溝を溶接方向に設け、更にその断面形状を、当金の深さ方向で単調に減少する形状とすることで、スラグだけを前記溝中に入れ、スラグの排出を促進し、スラグが溝中で凝固しても当金が摺動し得ることを見出した。

本発明は得られた知見を基に、更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１開先側となる面に、溶接進行方向に刻設された溝を有するエレクトロスラグ溶接用摺動式当金であって、前記溝は溶融金属とスラグを含む溶融池からスラグを選択的に吸引し、且つ当金の表面から内部にかけて漸次減少する幅で、吸引した前記スラグを該当金の外部に排出するように前記溶接用当金に刻設されていることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用摺動式当金。
２溝は当金の表面で幅が０．８ｍｍ〜４ｍｍ、深さが前記表面での幅の５倍以下であることを特徴とする１記載のエレクトロスラグ溶接用摺動式当金。

本発明によれば、溶融金属上に過剰のスラグが滞留することがないので溶接が安定し、スラグ跳ねがなくなり溶接中断、溶接再スタート部の補修溶接がなくなり、高品質・高能率溶接が可能となる。

以下、図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係るエレクトロガスアーク溶接用摺動式当金で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図を示す。図２に図１に示したエレクトロガスアーク溶接用摺動式当金を開先の表側に用いたエレクトロガスアーク溶接の状況を模式的に示す。

図１及び図２において、１は開先の表側に配設する、銅または銅合金製の摺動式当金、２は該当金１における被溶接材９との接触面、３は摺動式当金１において、溶融池１２のスラグ１３と溶融金属１４に接し、溶接金属１６を形成する面、４は摺動式当金１に設けられたシールドガス導入管、５はシールドガス噴出口、６は冷却水循環用接続管、７は溶接トーチ、８はチップ、１０は溶接ワイヤ、１１は溶接アーク、１２は溶融池、１３はスラグ、１４は溶融金属、１５は裏当金、１６は溶接金属、３１は面３に刻設される溝である。

エレクトロガスアーク溶接は、溶接トーチ７及びチップ８から溶接ワイヤ１０へ溶接電源（図示しない）から電力を供給し、アーク１１を発生させ、ワイヤリール（図示しない）からワイヤ１０を連続供給して行なう。

摺動式当金１は、被溶接材９に加工された開先の表側で接触面２で接触し、裏当金１５との間で溶融池１２を保持するように配設され、溶接の進行に伴い、溶融池１２に同期して上方へ摺動する。

摺動式当金１は、冷却水循環用接続管６により冷却水が供給され、水冷されているので、溶融池１２の溶融金属１４は直ちに凝固して、摺動式当金１により溶接金属１６が形成される。

摺動式当金１に設けられたシールドガス噴出口５からは、シールドガス導入管４により供給されるシールドガスが、溶接ワイヤ１０に向けて噴出され、溶接アーク１１と溶融池１２を大気から保護する。

本発明に係る摺動式当金１では、面３に摺動方向に溝３１を設ける。面３は、溶融池１２のスラグ１３と溶融金属１４に接するので、溝３１を設けて、スラグ１３だけを該溝３１中に吸引する。

溝３１は、表面張力の小さいスラグ１３は侵入することができるが、表面張力が大きい溶融金属１４は侵入できない幅とし、好ましくは面３の表面での幅を０．８ｍｍから４ｍｍとする。溝の幅が表面で０．８ｍｍ未満ではスラグもその表面張力のため溝に入ることができず、スラグの排出を促進する効果が期待できない。

一方、溝の幅が表面で４ｍｍを超えるとスラグ１３だけでなく溶融金属１４（溶鋼）も溝中に侵入し、溶接金属１６の外観が損なわれる。

溝３１に侵入したスラグ１３が溶接金属１６と摺動当金１との間に付着するため、スラグ１３の排出量が増加する。
溝３１の断面形状は、表面での幅が０．８ｍｍから４ｍｍであれば、スラグ１３は溝３中に入るが、溶融金属１４（溶鋼）はほとんど溝３１に入らない。尚、断面形状は溶接方向に対し、直角な水平方向断面を指す。

溝３１の深さは深いほどスラグ１３が溝３１に入る量が増えるためスラグ１３の排出を促進するが、溝が深くなりすぎると溝に入り凝固したスラグと当金との摩擦が大きくなり当金の摺動が困難となる。このため、溝３１の深さは表面での幅の５倍以下とする。

溝３１の断面形状は溝の幅が当金の表面において最大で奥に行くに従い狭くなる形状とする。但し、溝の幅の変化率は特に規定しない。断面形状が半円、Ｖ型、放物線型、あるいは、これらの組み合わせなどのいずれでも一定の効果が得られる。また溝３１の本数は多いほどスラグを排出する効果が大きい。

以上、本発明は、立向ＭＩＧ溶接、ＣＯ_２溶接にも適用可能で、特にスラグの発生量が多い、ＦＣＷ（ＦｌｕｘＣｏｒｅｄＷｉｒｅ）を用いる溶接に好適である。

被溶接材９として板厚６５ｍｍの鋼板を用い、開先角度は１８°で裏当材１５側の開先幅は８ｍｍとし台形状の開先断面（Ｖ形開先）を形成し、エレクトロガスアーク溶接を行った。溶接は溶接電流は３９０〜４００Ａ、溶接電圧は３８〜４０Ｖ、溶接速度は約２ｃｍ／ｍｉｎとし、ＦＣＷ（ワイヤ径１．２ｍｍΦ）を用いた。

図１に示す摺動式当金を用い、面３に幅２ｍｍの半円形溝（半径１ｍｍ）を３ｍｍ間隔で５本設けた。被溶接材９の溶接継手長さ約１．５ｍにおいてアークの停止は一度も無く、溶接の中断もなく健全な継手が形成された。

溶接中、スラグが過剰に溶融金属表面に滞留することは全く無く、アークも極めて安定していた。また、スラグ跳ねも極めて少なく、チップに付着したスパッタ状のスラグは従来の溝を設けていない摺動式当金を用いた場合の１／５以下であった。

溶接後、溶接金属（ビード）表面に付着したスラグを観察すると摺動式当金に設けた溝にスラグが入ったため、固化したスラグの表面には凸状の線がついていた。またスラグを除去して溶接金属（ビード）の形状を確認したが良好で、摺動式当金に設けた溝に対応する凸状の線はほとんど観察されなかった。

本発明の一実施例に係るエレクトロガスアーク溶接用摺動式当金で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図。図１のエレクトロガスアーク溶接用摺動式当金を開先の表側に用いたエレクトロガスアーク溶接の状況を模式的に示す図。

符号の説明

１摺動式当金
２接触面
３面
３１溝
４シールドガス導入管
５シールドガス噴出口
６冷却水循環用接続管
７溶接トーチ
８チップ
９被溶接材
１０溶接ワイヤ
１１溶接アーク
１２溶融池
１３スラグ
１４溶融金属
１５裏当金
１６溶接金属（ビード）

Claims

開先側となる面に、溶接進行方向に刻設された溝を有するエレクトロスラグ溶接用摺動式当金であって、前記溝は溶融金属とスラグを含む溶融池からスラグを選択的に吸引し、且つ当金の表面から内部にかけて漸次減少する幅で、吸引した前記スラグを該当金の外部に排出するように前記溶接用当金に刻設されていることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用摺動式当金。
溝は当金の表面で幅が０．８ｍｍ〜４ｍｍ、深さが前記表面での幅の５倍以下であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロスラグ溶接用摺動式当金。