JP2010172896A - 鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等大径鋼管の造管溶接に用いて好適な鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足する。Ｄ_Ｌ≧２２０（１）、８０≦Ｄ_Ｔ≦１２０（２）、Ｉ_Ｔ／Ｉ_Ｌ≧０．５０（３）ここで、Ｄ_Ｌ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｄ_Ｔ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｉ_Ｌ：第１電極の電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋼材の多電極サブマージアーク溶接方法に関し、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等大径鋼管の造管溶接に用いて好適なものに関する。

大径鋼管の造管溶接（シーム溶接）には２電極以上のサブマージアーク溶接が適用され、パイプ生産能率向上の観点から内面側を１パス、外面側を１パスで溶接する両面一層盛り溶接とする、高能率な溶接施工がなされている（例えば特許文献１，２）。

両面一層溶接では、内面溶接金属と外面溶接金属が重なり、未溶融部がないように十分な溶け込み深さを確保する必要があるため、１０００Ａ以上の大電流を適用して溶接を行うのが一般的であるが、能率と欠陥抑制を重視して、溶接入熱が高くなりすぎ、溶接部特に熱影響部の靭性が劣化する傾向にある。

溶接部の高靭性化には、溶接入熱を低減するのが有効であるが、通常行われているシーム溶接の入熱に対して大幅に入熱を低減させなければ、その靭性向上効果は明確とならず、大幅に入熱を低減させると溶着量も減少するため開先断面積を溶着量減少分に合わせて小さくする必要が生じる。そのため、一層の深溶け込み溶接を行わなければ内外面の溶接金属は重ならず、溶け込み不足が生じる危険性が増大する。

従って、溶接部の高靭性化は、投入入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大を両立させなければならず、従来より種々の提案がなされているがその達成は極めて困難である。

例えば、上記特許文献２では電極径に応じて電流密度を高め、溶け込み深さを増大させるサブマージアーク溶接方法が提案されているが、最近の仕様に対しては、電流および電流密度が不十分で入熱の大幅な低減と溶け込み深さの増大の両立は困難である。

特許文献３には高電流で更なる高電流密度でのサブマージアーク溶接方法が提案されており、アークエネルギーをできるだけ板厚方向に投入することにより、必要な溶け込み深さだけを確保し、鋼材幅方向の母材の溶解を抑制することで過剰な溶接入熱を省いて、入熱低減と深溶け込みの両立が図られている。

特開平１１−１３８２６６号公報 特開平１０−１０９１７１号公報 特開２００６−２７２３７７号公報

しかしながら、特許文献３記載のサブマージアーク溶接方法では、入熱低減と深溶け込みが両立できるものの、鋼板表面でのビード幅が小さくなってアンダーカットが発生しやすくなるという問題があった。

本発明は、鋼材を両面から３電極以上でサブマージアーク溶接するのに際し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全な溶接ビードが得られる鋼材の多電極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。

本発明者らは、多電極でのサブマージアーク溶接で種々の溶接条件下において鋼材の両面溶接継手を作製し、溶接金属断面形状およびビードの外観について調査した。

その結果、第１電極と最後尾の電極の電流を適正に制御することで、十分な溶け込みを得ながら鋼板表面でのビード幅を広げ、アンダーカットの無い健全なビードが得られることを見出した。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、その要旨は以下の通りである。
１．３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
Ｄ_Ｌ≧２２０ （１）
８０≦Ｄ_Ｔ≦１２０ （２）
Ｉ_Ｔ／Ｉ_Ｌ≧０．５０ （３）
ここで、Ｄ_Ｌ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｄ_Ｔ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｉ_Ｌ：第１電極の電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。

本発明によれば、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られ、産業上極めて有用である。また、ビード幅を増やすことで余盛高さを減らすという効果も得られる。

開先形状を示す図。

本発明に係る鋼材の多電極サブマージアーク溶接法は、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材を内外面合計入熱量７０〜１６０ｋＪ／ｃｍ程度で両面１層溶接を行う場合の内面溶接、外面溶接のそれぞれを対象とし、３電極以上の溶接において第１電極で溶け込み不良を防止し、最後尾の電極で美麗なビード外観が得られるように溶接条件を調整することを特徴とする。尚、従来、板厚２０ｍｍ〜４０ｍｍの鋼材は内外面合計入熱量８０〜２００ｋＪ／ｃｍ程度で溶接されることが一般的である。

本発明では、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足するように、第１電極と最後尾の電極のワイヤ径と溶接電流を設定する。

第１電極の電流密度が２２０（Ａ／ｍｍ^２）未満では、溶け込み不足が生じるため、２２０（Ａ／ｍｍ^２）以上とする。

このような場合はビードの表面外観においてビード幅が小さくなりやすく、またハンピングビードになりやすいため、最後尾の電極の電流密度は（２）式を満足するように設定する。

更に、本発明では、第１電極による深溶け込み溶接効果と、最後尾の電極によるアンダーカットおよびハンピングビードの抑制効果の連携を確実に得るため、第１電極の電流と最後尾の電極の電流を（３）式を満足するように設定する。
Ｄ_Ｌ≧２２０ （１）
８０≦Ｄ_Ｔ≦１２０ （２）
Ｉ_Ｔ／Ｉ_Ｌ≧０．５０ （３）
ここで、Ｄ_Ｌ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｄ_Ｔ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｉ_Ｌ：第１電極の電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。

板厚２５．４ｍｍおよび３８．１ｍｍの鋼板に、図１に示す開先を加工した後、種々の溶接条件で両面１層溶接の多電極サブマージアーク溶接を施して溶接継手を作製し、ビード外観および溶け込み深さを調査した。表１に開先寸法（図１においてθ１：外面開先角度、θ２：内面開先角度、１：外面開先深さ、２：内面開先深さを指す）を、表２に内面溶接条件を、表３に外面溶接条件を示す。尚、表２、３においてＤ_Ｌは第１電極の電流密度を、Ｄ_Ｔは最後尾の電流密度を指す。

表４に内面溶接におけるビード外観および溶け込み深さ（表中、ビード断面形状）を調査した結果を、表５に外面溶接の場合を示す。溶け込み深さは鋼板表面から溶け込み先端までの距離を測定した。

表４より本発明の規定を満足する溶接条件（内面溶接条件Ｎ１，Ｎ２）で良好なビード外観、ビード断面形状が得られている。

表５においてＮｏ．１〜５は本発明例で、（１）式、（２）式および（３）式を満足し、小さい入熱で十分な溶け込みを得ながらアンダーカットの無い健全なビードが得られた。

一方、Ｎｏ．６〜２０は比較例で、Ｎｏ．６〜１０は第１電極の電流密度が低く（１）式を満たさず、溶け込み深さが不足した。Ｎｏ．１１〜１５は最後尾の電極の電流密度が低く（２）式を満たさず、アンダーカットが発生した。

Ｎｏ．１６、１７は最後尾の電極の電流密度が高く（２）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。Ｎｏ．１８は（１）式および（２）式を満たさず、溶け込み不足とアンダーカットが発生した。Ｎｏ．１９、２０は第１電極と最後尾の電極の電流比が（３）式を満たさず、ハンピングビードが発生した。

１：外面開先深さ
２：内面開先深さ
θ１：外面開先角度
θ２：内面開先角度

Claims (1)

1. ３電極以上で両面１層溶接を行う鋼材のサブマージアーク溶接方法において、第１電極の電流密度が（１）式を、最後尾の電極の電流密度が（２）式を満足し、かつ第１電極の電流と最後尾の電極の電流が（３）式を満足することを特徴とする鋼材のサブマージアーク溶接方法。
   Ｄ_Ｌ≧２２０ （１）
   ８０≦Ｄ_Ｔ≦１２０ （２）
   Ｉ_Ｔ／Ｉ_Ｌ≧０．５０ （３）
   ここで、Ｄ_Ｌ：第１電極の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｄ_Ｔ：最後尾の電極の電流密度（Ａ／ｍｍ^２）、Ｉ_Ｌ：第１電極の電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ：最後尾の電極の電流（Ａ）であり、電流密度は溶接電流を溶接ワイヤの断面積で除した値とする。

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