JP2010184244A

JP2010184244A - シャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法

Info

Publication number: JP2010184244A
Application number: JP2009027953A
Authority: JP
Inventors: Koji Taniguchi; 孝司谷口; Tadaaki Tsuchiya; 忠明土屋; Nariyuki Takeuchi; 成行竹内
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP4850261B2

Abstract

【課題】鋼板の不揃いなシャー切断エッジを突合せて両面溶接する。
【解決手段】定盤１０上に配置した一対の鋼板１１のシャー切断エッジ１３の間に、カットワイヤ１５を配置し、鋼板１１を接近させてシャー切断エッジ１３間にカットワイヤ１５を挟み込み、不揃いなルート空間１４に効果的にカットワイヤ１５を充填して均し表面溶接し、反転した後、ルート空間１４にカットワイヤ１５を補充して均した後、裏面溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シャー切断された鋼板のエッジを突合せて溶接するシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法に関する。

特許文献１には、厚板鋼板にＹ形開先を形成して片面で突合せ溶接する時に、裏面に形成されるルート間隔によるビード不良を改善するために、開先部から裏面のルート空間に達するように、カットワイヤを充填して溶接する技術が開示されている。

特開平９−２６７１７５号公報

しかし、特許文献１では、４本の電極を用いて十分な溶け込み深さを確保し、裏面までビードを及ぼすもので、大型の溶接設備を必要とすること、大型鋼板の溶接作業では、開先形成工程に時間と精度が要求され、コストを押し上げる要因になること、などの問題があった。

そこで本発明者等は、開先形成工程を無くして、直接鋼板のミルエッジを溶接することでコストの削減を考えた。しかしながら、圧延成形された大型鋼板で、たとえば板厚が５０ｍｍ以下のものは、ミルエッジがシャー切断機により切断されており、その断面は、凹凸のある特異な断面に形成され、ミルエッジの突合せ状態では不規則なルート間隔が形成される。

また小型の溶接設備では、大きい溶け込み深さを確保できないために、板厚の大きい鋼板は、反転して両面溶接を行うが、この両面溶接では、反転回数が少ないほど作業時間とコストとを削減できる。

本発明は上記問題点を解決して、ルート間隔が不揃いのシャー切断エッジを容易かつ良好に溶接できるシャー切断鋼板の突合せ両面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。

請求項１記載の発明は、
シャー切断機によりエッジが切断された鋼板のシャー切断エッジを突合せて両面を溶接するに際し、
定盤上に、カットワイヤを溶接予定線に沿って配置するとともに、一対の鋼板を、そのシャー切断エッジが前記溶接予定線を挟んで両側に対峙するか、または前記溶接予定線上とその外側になるように配置し、
一対の鋼板の両方を互いに接近させるか、または前記外側に配置された鋼板を溶接予定線上の鋼板に接近させて、シャー切断エッジ間のルート空間にカットワイヤを挟み込んで充填し、
ルート空間のカットワイヤを補充または除去してその高さを均一に均した後、表面溶接を行い、
鋼板を反転した後、ルート空間内にカットワイヤを補充してその高さを均一に均した後、裏面溶接を行うものである。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
鋼板の厚みを８ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の範囲とし、
シャー切断エッジ間の裏面のルート間隔が７ｍｍを越える場合に、シャー切断エッジの当接部を研磨するか、または裏面のルート間隔の部分に肉盛り溶接して７ｍｍ以下とするものである。

さらに請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、
カットワイヤを、その頂部が少なくとも鋼板の板厚中心レベル以上に盛り上げて定盤上に配置し、
表面溶接前のカットワイヤの頂部を、
裏面のルート間隔が５ｍｍ未満の場合に、鋼板の表面レベルから鋼板の板厚の１／２の板厚中心レベルまでの範囲に均し、
裏面のルート間隔が５ｍｍ以上の場合に、鋼板の表面レベルから裏面側に２ｍｍまでの範囲に均し、
裏面溶接前のカットワイヤの頂部を、鋼板の裏面レベルから表面側に２ｍｍまでの範囲に均すものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、
シャー切断エッジの断面は、表面に近接する位置に外方に突出する頂部を有し、
前記頂部により表面のルート間隔が前記頂部により狭い状態で、表面溶接を行い、
裏面のルート間隔が表面のルート間隔より広い状態で、裏面溶接を行うものである。

請求項１記載の発明によれば、定盤上に配置されたカットワイヤを、鋼板のシャー切断エッジ間に挟み込むことで、不揃いなルート空間にカットワイヤを均一かつ効果的に充填することができ、表面溶接をカットワイヤによる十分な溶接金属量で行うことができる。また反転後の裏面溶接により、カットワイヤによる十分な溶接金属量で行うことができ、ブローホールや溶け落ちなどの溶接欠陥もなく、十分な溶け込み深さと接合強度で鋼板を溶接することができる。また反転回数を１回とし、ガウジングによるハツリ工程も不要で、作業時間とコストを削減することができる。

請求項２記載の発明によれば、板厚が８〜２０ｍｍの鋼板の裏面のルート間隔を７ｍｍ以下とすることで、ブローホールや溶け落ちなどの溶接欠陥もなく、シャー切断エッジの突合せ両面溶接を良好に行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、ルート空間内のカットワイヤの上面を、裏面のルート間隔に対応して所定範囲に均すことで、余盛り高さの不足や抜け落ちの発生、溶接ビードの不整などの溶接欠陥を防止することができる。

請求項４記載の発明によれば、シャー切断エッジの突合せ溶接時に、反転後の裏面溶接前に、裏面のルート間隔が広くなるように鋼板の裏面を上面としたので、反転時に落下したカットワイヤを容易に補充でき、精度良く均すことができ、裏面溶接を良好に行うことができる。

（ａ）〜（ｅ）は本発明に係るシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法の実施の形態を説明する断面図で、（ａ）（ｂ）はカットワイヤ充填工程、（ｃ）は表面溶接工程、（ｄ）は反転、カットワイヤ補充工程、（ｅ）は裏面溶接工程を示す。（ａ）〜（ｄ）は図１の要部拡大断面図で、（ａ）はカットワイヤ充填工程、（ｂ）は表面溶接工程、（ｃ）は反転、カットワイヤ補充工程、（ｄ）は裏面溶接工程を示す。（ａ）および（ｂ）はカットワイヤ充填工程の動作説明図で、（ａ）は充填前、（ｂ）は充填後を示す。（ａ）および（ｂ）はカットワイヤ充填工程の実施例２を説明する要部拡大断面図で、（ａ）は充填前、（ｂ）は充填後を示す。カットワイヤ充填工程の実施例３を説明する要部拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）はシャー切断エッジの拡大断面図で、（ａ）はエッジの第１例、（ｂ）はエッジの第２例、（ｃ）は第１例の突合せ状態を示す。（ａ）〜（e）は比較例のＩ開先突合せ両面溶接方法を説明する要部拡大断面で、（ａ）はシーリングビード形成工程、（ｂ）はカットワイヤ充填工程、（ｃ）は表面溶接工程、（ｄ）はハツリ工程、（ｅ）は裏面溶接工程を示す。

（比較例）
まず比較例として、エッジにＩ開先を形成した鋼板を突合せ、ルート空間にカットワイヤを充填して両面溶接を行う場合の手順を図７を参照して説明する。

１．鋼板１，１の表面を上向きに定盤上に配置して、溶接により表面のルート空間にシーリングビード３を形成する。[図７（ａ）シーリングビード形成工程]
２．鋼板１，１を反転後、ルート空間にカットワイヤ２を充填する。[図７（ｂ）カットワイヤ充填工程]
３．十分な溶け込み深さで表面溶接して表面ビード４を形成する。[図７（ｃ）表面溶接工程]
４．鋼板１，１を反転後、ガウジングにより裏面ハツリ５を行い、シーリングビード３を削除する。[図７（ｄ）ハツリ工程]
５．裏面ハツリ５から十分な溶け込み深さで裏面溶接して裏面ビード６を形成する。[図７（ｅ）裏面溶接工程]
上記の比較例によれば、表面ビード４および裏面ビード６とも、十分な溶け込み深さとビード幅、十分な強度を確保でき、溶接欠陥も見られなかった。

ところで、大型の圧延鋼板の場合、一般的に板厚が５０ｍｍ以下の鋼板は、エッジがシャー切断されて寸法が揃えられており、そのエッジは、図６（ａ）（ｂ）に示すように、特異な断面形状となる。またシャー切断部の継ぎ目にも、段部が形成される。

以下、本発明の実施例１を図１〜図３および図６に基づいて説明する。
（シャー切断エッジ）
図１、図２に示すように、定盤１０の上面には、鋼板１１の高さ位置を設定するとともに、移動を案内する所定高さのガイド部材１２が溶接予定線ＷＬに平行に複数本突設されている。これら鋼板１１の板厚：ｔは、８ｍｍ〜２０ｍｍが好適である。

鋼板１１のシャー切断エッジ１３は、図６に示すように、表面から裏面側に、小さい勾配の表面傾斜部Ｑと、表面に接近して形成され外側に突出する頂部Ｒと、裏面内側に傾斜する裏傾斜部Ｓとを有し、この裏傾斜部Ｓに凹状部Ｔが形成されることもある。たとえば板厚１７ｍｍ、幅２０００ｍｍ×長さ１２０００ｍｍの複数枚の大型圧延鋼板の複数個所を実測した結果、σ１＝１．４〜２．０ｍｍ、σ２＝０．１〜１．２ｍｍであり、またシャー切断の継ぎ目も２．０ｍｍ未満であることがわかった。

これにより、シャー切断エッジ１３を付き合わせた場合に、凹状部Ｔがある場合に最大となる中間部のルート間隔Ｇと、表面のルート間隔Ｇａおよび裏面のルート間隔Ｇｂとが形成される。またシャー切断エッジ１３の断面は長さ方向に沿ってそれぞれ変化しているが、シャー切断エッジ１３を突合せた場合の裏面のルート間隔Ｇｂが７ｍｍを越えると、溶け落ちやブローホールなどの欠陥が多く発生することが予想される。ここで鋼板１１のシャー切断エッジ１３を突合せた時に、裏面のルート間隔Ｇｂが７ｍｍを越える場合には、予め、シャー切断エッジ１３の接触部を研磨具で除去したり、また最大のルート間隔部分を予め溶接により肉盛りし、裏面のルート間隔Ｇｂを７ｍｍ以下にしておく必要がある。なお、中間部のルート間隔Ｇが裏面のルート間隔Ｇｂより広く７ｍｍを越えることがあっても、肉盛り溶接する必要はない。これは、後述するように、７ｍｍを越えるルート空間１４に、板厚ｔの１／２以上にカットワイヤ１５を充填することにより、溶接時の溶け落ちを防止できるからである。

シャー切断エッジ１３間のルート空間１４に充填するカットワイヤ１５は、鋼板１１をサブマージアーク溶接する溶接ワイヤと同一成分で同一直径のものを、直径と同一の長さで切断したものが使用され、たとえば直径が１ｍｍで、長さが１ｍｍのものが使用される。

（溶接工程）
大型鋼板１１の溶接工程を図１〜図３を参照して説明する。
Ａ．カットワイヤ充填工程
ａ．定盤１０上に一対の鋼板１１を、その表面を上面とし、シャー切断エッジ１３が溶接予定線ＷＬの両側で互いに対向するように所定間隔をあけて配置する。ここで、鋼板１１の表面を上面としたことで、突合せ状態で、頂部Ｒが互いに接近しており、表面のルート間隔Ｇａが裏面のルート間隔Ｇｂより狭い。[図６（ｃ）参照]
ｂ．定盤１０上でシャー切断エッジ１３の間の溶接予定線ＷＬに沿って、カットワイヤ１５をその頂部が鋼板１１の板厚：ｔの１／２、板厚中心レベルＣＬより少なくとも上位となるように盛り上げて配置する。[図１（ａ）、図３（ａ）参照]
ｃ．一対の鋼板１１を互いに接近させてシャー切断エッジ１３のルート空間１４内にカットワイヤ１５を挟み込み充填する。この当接または近接状態で、裏面のルート間隔Ｇｂは、少なくとも７ｍｍ以下とする。[図１（ｂ）、図３（ｂ）参照]さらに、表ルート空間Ｇａから鋼板１１の表面にはみ出したカットワイヤ１５を取り除くとともに、ルート空間１４内で不足するカットワイヤ１５を補充する。［図２（ａ）参照］
ここで、裏面のルート間隔Ｇｂが５ｍｍ未満の場合は、カットワイヤ１５の上面レベルＴＬが、鋼板１１の表面レベルＳＬから板厚中心レベルＣＬまでの範囲となるように均等に均す。これは、カットワイヤ１５の上面レベルＴＬが板厚中心レベルＣＬ未満であった場合には、余盛り高さが不足し、また表面レベルＳＬを超えると、均一に散布することが困難となり、溶接金属量が一定せず、溶接ビードの不整の原因となるという問題があるためである。

また裏面のルート間隔Ｇｂが５ｍｍ以上の場合は、カットワイヤ１５の上面レベルＴＬが、鋼板１１の表面レベルＳＬと、表面レベルＳＬから裏面側に２ｍｍまでの範囲となるように均等に均す。これは、カットワイヤ１５の上面から裏面側に２ｍｍ未満であった場合には、余盛り高さが不足するか、または抜け落ちが発生し、また表面レベルＳＬを超えると、均一に散布することが困難となり、溶接金属量が一定せず、表面ビード１６の不整の原因となるためである。［図２（ａ）参照］
ここで、中間部のルート間隔Ｇが裏面のルート間隔Ｇｂの７ｍｍを越えて大きくても、カットワイヤ１５を鋼板１１の表面レベルＳＬから板厚中心レベルＣＬまでの範囲に充填して均等に均すことにより、溶接時の溶け落ちを防止することができる。

Ｂ．表面溶接工程
サブマージアーク溶接により表面溶接を行い、表面傾斜部Ｑから頂部Ｒを介して裏傾斜部Ｓの中間部に至る十分な溶け込み深さの表面ビード１６を形成する。表面溶接での溶接電流は、たとえば７００〜７５０Ａｍｐ、溶接電圧３８〜４２Ｖｏｌｔ、溶接速度４０〜４２ｃｍ／分である。［図１（ｃ）、図２（ｂ）参照］
Ｃ．反転、カットワイヤ補充工程
鋼板１１を吊り上げて反転させる。さらに表面のルート間隔Ｇａより広い裏面のルート間隔Ｇｂを利用して、ルート空間１４内にカットワイヤ１５を補充し、均等な高さに均す。この時のカットワイヤ１５の上面レベルＵＬは、裏面レベルＢＬから表面側に２ｍｍまでの範囲である。ここで、カットワイヤ１５の上面レベルＵＬが、表面側に２ｍｍ未満であった場合には、余盛り高さが不足し、また裏面レベルＢＬを超えると、均一に散布することが困難となり、溶接金属量が一定せず、裏面ビード１７の不整の原因となるという問題があるためである。［図１（ｄ）、図２（ｃ）参照］
Ｄ．裏面溶接工程
サブマージアーク溶接により裏面溶接を行い、裏面から裏傾斜部Ｓに至る十分な溶け込み深さの裏面ビード１８を形成する。裏面溶接での溶接電流は、たとえば８００〜８３０Ａｍｐ、溶接電圧３８〜４２Ｖｏｌｔ、溶接速度３６〜４２ｃｍ／分である。［図１（ｅ）、図２（ｄ）参照］
上記実施例１によれば、定盤１０上に配置されたカットワイヤ１５を、対峙されたシャー切断エッジ１３で挟み込むことにより、シャー切断エッジ１３の不揃いなルート空間１４にカットワイヤ１５を均一かつ効果的に充填することができる。したがって、表面溶接により、カットワイヤ１５と溶接ワイヤからなる十分な量の溶接金属を十分な深さまで溶け込ませて表面ビード１６を形成することができる。また反転後の裏面溶接により、カットワイヤ１５と溶接ワイヤからなる十分な量の溶接金属を十分な深さまで溶け込ませて、表面ビード１６に達する裏面ビード１７を形成することができる。したがって、小型の溶接設備により、ブローホールや溶け落ちなどの溶接欠陥もなく、十分な接合強度で鋼板１１を溶接することができる。また比較例のＩ開先の両面突合せ溶接に比較して、鋼板１１の反転回数は１回と少なく、またシーリングビード４を形成せず、さらにハツリ加工も無くすことができ、コストを削減することができる。

またルート空間１４内のカットワイヤ１５の上面ＴＬ，ＵＬを、裏面のルート間隔Ｇｂに対応して所定範囲に均すことで、溶接金属量を適量に調整して、余盛り高さの不足や抜け落ちの発生、溶接ビードの不整などの溶接欠陥を防止することができる。

さらに、シャー切断エッジ１３を突合せた時に、裏面のルート間隔Ｇｂが広くなるように鋼板１１を配置したので、反転時に落下したカットワイヤ１５をルート空間１４内に容易にかつ精度良く補充することができる。

（カットワイヤ充填工程の実施例２）
次に、カットワイヤ充填工程の他の実施例２を図４を参照して説明する。
ｄ．定盤１０上でシャー切断エッジ１３の溶接予定線ＷＬに沿って、カットワイヤ１５をその頂部が鋼板１１の板厚中心レベルＣＬより少なくとも上位となるように盛り上げて配置する。

ｅ．表面を上面とした一方の鋼板１１を、そのシャー切断エッジ１３が溶接予定線ＷＬの上方でカットワイヤ１５の頂部に対応する位置に配置し、さらに定盤１０上に降下させる。これにより、一方の鋼板１１のシャー切断エッジ１３は、少なくとも板厚中心レベルＣＬを含むシャー切断エッジ１３の大部分がカットワイヤ１５に覆われる。

ｆ．表面を上面とした他方の鋼板１１を、定盤１０上にシャー切断エッジ１３が互いに対向するように溶接予定線ＷＬの外側に配置する。［図４（ａ）参照］
ｇ．他方の鋼板１１を一方の鋼板１１に接近させてシャー切断エッジ１３のルート空間１４内にカットワイヤ１５を充填する。（以下、カットワイヤ充填工程ｃと同様にカットワイヤ１５の上面レベルＴＬを均す。）［図４（ｂ）参照］
上記カットワイヤ充填工程の他の実施例２によれば、先の実施例と同様の作用効果を奏することができる。

（カットワイヤ充填工程の実施例３）
次に、カットワイヤ充填工程の他の実施例３を図５を参照して説明する。
ｈ．定盤１０上に表面を上面とした一対の鋼板１１を、溶接予定線ＷＬの両側にシャー切断エッジ１３が互いに対向するように配置する。

ｉ．定盤１０上で一方の鋼板１１のシャー切断エッジ１３に沿って、カットワイヤ１５をその頂部が板厚中心レベルＣＬより少なくとも上位となるように盛り上げて配置する。
ｊ．他方の鋼板１１を一方の鋼板１１に接近させてシャー切断エッジ１３間にカットワイヤ１５を挟み込み、ルート空間１４内に充填する。（以下、カットワイヤ充填工程ｃと同様にカットワイヤ１５の上面レベルＴＬを均す。）
上記カットワイヤ充填工程の他の実施例３によれば、先の実施例と同様の作用効果を奏することができる。

１０定盤
１１鋼板
１２ガイド部材
１３シャー切断エッジ
１４ルート空間
１５カットワイヤ
１６表面ビード
１７裏面ビード
Ｒ頂部
Ｇｂ裏面のルート間隔

Claims

シャー切断機によりエッジが切断された鋼板のシャー切断エッジを突合せて両面を溶接するに際し、
定盤上に、カットワイヤを溶接予定線に沿って配置するとともに、一対の鋼板を、そのシャー切断エッジが前記溶接予定線を挟んで両側に対峙するか、または前記溶接予定線上とその外側になるように配置し、
一対の鋼板の両方を互いに接近させるか、または前記外側に配置された鋼板を溶接予定線上の鋼板に接近させて、シャー切断エッジ間のルート空間にカットワイヤを挟み込んで充填し、
ルート空間のカットワイヤを補充または除去してその高さを均一に均した後、表面溶接を行い、
鋼板を反転した後、ルート空間内にカットワイヤを補充してその高さを均一に均した後、裏面溶接を行う
ことを特徴とするシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法。
鋼板の厚みを８ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の範囲とし、
シャー切断エッジ間の裏面のルート間隔が７ｍｍを越える場合に、シャー切断エッジの当接部を研磨するか、または裏面のルート間隔の部分に肉盛り溶接して７ｍｍ以下とする
ことを特徴とする請求項１記載のシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法。
カットワイヤを、その頂部が少なくとも鋼板の板厚中心レベル以上に盛り上げて定盤上に配置し、
表面溶接前のカットワイヤの頂部を、
裏面のルート間隔が５ｍｍ未満の場合に、鋼板の表面レベルから鋼板の板厚の１／２の板厚中心レベルまでの範囲に均し、
裏面のルート間隔が５ｍｍ以上の場合に、鋼板の表面レベルから裏面側に２ｍｍまでの範囲に均し、
裏面溶接前のカットワイヤの頂部を、鋼板の裏面レベルから表面側に２ｍｍまでの範囲に均す
ことを特徴とする請求項１または２記載のシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法。
シャー切断エッジの断面は、表面に近接する位置に外方に突出する頂部を有し、
前記頂部により表面のルート間隔が前記頂部により狭い状態で、表面溶接を行い、
裏面のルート間隔が表面のルート間隔より広い状態で、裏面溶接を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシャー切断鋼板の突合せ両面サブマージアーク溶接方法。