JP2012166204A

JP2012166204A - エレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金

Info

Publication number: JP2012166204A
Application number: JP2011026944A
Authority: JP
Inventors: Seito Sasaki; 木聖人笹; Masaaki Toriyabe; 谷部正明鳥
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】溶接時に溶融プール上に生成する溶融スラグを効率的に溶融プールから排出する。
【解決手段】エレクトロガスアーク溶接の開先部の被溶接材表面に当接して溶接進行方向に摺動するエレクトロガスアーク溶接用摺動銅当金において、該水冷摺動銅当金の被溶接材開先部に対する面に、上方から下方に順に、溶接ビード形成のための、被溶接材表面に平行な第１の溝１６と、溶融スラグを排出するための、第１の溝の下部に連続し被溶接材表面に対して傾斜した第２の溝１７とを設け、第２の溝１７は、溝幅が上方から下方に順に広く（θ１）、かつ溝深さが上方から下方に順に深い（θ２）ことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エレクトロガスアーク溶接に用いられる水冷摺動銅当金に関するものであり、溶接時において溶融プール上に生成する溶融スラグを効率的に溶融プールから排出することができるエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金に関する。

エレクトロガスアーク溶接法は、高能率な自動溶接法であり、造船，エネルギー産業および建築等の大型構造物の溶接施工に広く採用されている。図５の（ａ）にエレクトロガスアーク溶接法の概要を示す平面図を示す。図５の（ｂ）は、図５の（ａ）上のＶｂ−Ｖｂ線縦断面を示す。垂直に立てられた、隣り合う２枚の鋼板１ａ，１ｂにより形成される開先２に対し、開先の裏面には長い固定式の裏当材３を当接し、表面には水冷摺動銅当金４の当金ブロック４ａを当てて、裏当材３，当金ブロック４ａおよび鋼板１ａ，１ｂで囲まれた空間に溶接トーチ５の先端を挿入する。該空間を大気から遮断しブローホールの無い健全な溶接金属を形成するため、水冷摺動銅当金４（当金ブロック４ａ）の上部には、シールドガス供給用パイプ１２付きのシールドガスフード６が設けられシールドガスが供給される。溶接ワイヤ７は、溶接トーチ５から該空間に連続供給され、溶融プール８と溶接ワイヤ７間に発生するアークの熱により溶融し、溶接金属９を形成する。図中１１ａ，１１ｂは、水冷摺動銅当金４の内部に水を供給および排出する冷却水循環用パイプである。

溶接台車（図示せず）に搭載された水冷摺動銅当金４および溶接トーチ５は、溶接の進行により上昇する溶融プール８の上面に合わせて水冷摺動銅当金４の鋼板との接触面１４が開先２の両側に鋼板１表面に接しながら順次上昇する。溶融プール８上には溶融スラグ１０ａが生成する。溶融スラグ１０ａは、溶接ビード表面と水冷摺動銅当金４のビード形成溝１３の間から適宜排出され、溶接ビード表面を覆いながら凝固して溶接ビードの外観を良好にする。ビード形成溝１３に排出された溶融スラグ１０ｂは、凝固して溶接ビードの外観を良好にする役割があるが、被溶接材である鋼板１ａ，１ｂの板厚が厚くなると、生成する溶融プール８に滞留する溶融スラグ１０ａの量が多くなり、溶融スラグ１０ａの排出が十分行われなくなる。その結果、アーク切れ，溶接ワイヤ７と溶融プール８との短絡を繰り返し、アークが不安定になり、溶融スラグ１０が飛び跳ねる現象（以下、スラグ跳ねという。）が多発するようになる。スラグ跳ねが多発すると、溶接トーチ５先端やシールドガスフード６に付着し、溶接トーチ５と鋼板１ａ，１ｂの干渉，シールド不良が起こり、溶接の継続が不可能になる。

特開２０１０−１４２８１４号公報特開２００７− ９０３９８号公報特開平１１−２８５８２６号公報。

スラグ跳ねを軽減する技術として、例えば特許文献１に、溶融プール中の溶融スラグを効率よく排出してスラグ跳ねを軽減する溶接方法が提案されている。しかし、水冷摺動銅当金の切欠き部に溶融スラグだけでなく、溶融メタルも流れて凝固するので、溶接ビードの左右端がオーバーラップになりやすく、溶接後にビード形状の修正のためのグラインダ研削作業が必要となる場合がある。また、特許文献２には、水冷摺動式銅当金の溶接ビードを形成する溝に溶接方向に平行に筋状の溝を設け、その筋状の溝に溶融スラグを吸引し、排出するという技術が提案されている。しかし、溶接を繰返し行うと熱により水冷摺動銅当金の表面が粗くなり、その筋状の溝に入り込んだ溶融スラグが、該当金に癒着するようになるので、スラグを効果的に排出することができなくなる。さらに、特許文献３では、溶接進行方向から後方にかけて漸次深さが深くなるスラグ逃がしの溝を設けた水冷摺動銅当金が記載されている。しかし、特許文献３に記載のスラグ逃がしの溝においても、鋼板の板厚が厚くなると溶融プール上の溶融スラグが多くなりスラグを十分排出できずスラグ跳ねが生じるようになる。スラグの排出量を多くするためにスラグ逃がしの溝の傾斜を大きくすると溶融メタルまでも排出されて溶接が継続できなくなるという問題もある。

本発明は、エレクトロガスアーク溶接時において溶融プール上に生成する溶融スラグを効率的に溶融プールから排出することができ、かつ、良好な溶接ビード形状が得られるエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、エレクトロガスアーク溶接の開先部の被溶接材表面に当接して溶接進行方向に摺動するエレクトロガスアーク溶接用摺動銅当金(4)において、該水冷摺動銅当金の被溶接材開先部に対する面に、上方から下方に順に、溶接ビード形成のための、被溶接材表面に平行な第１の溝(16)と、溶融スラグを排出するための、被溶接材表面に対して傾斜した第２の溝(17)とを設け、第２の溝(17)は、溝幅が上方から下方に順に広く、かつ溝深さが上方から下方に順に深いことを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用摺動銅当金にある。なお、理解を容易にする為に括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を参考までに付記した。以下も同様である。

本発明のエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金(4)によれば、エレクトロガスアーク溶接において、溶融プール(8)上に生成する溶融スラグ(10a)を効率的に排出することができ、かつ、良好な形状の溶接ビード形状および欠陥の無い溶接金属を得ることが可能となるので、高能率に高品質の溶接部を得ることができる。

本発明のエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金４を用いて溶接している開先部の縦断面図である。（ａ）は図１に示す摺動銅当金４の被溶接材開先部に対向する面を示す正面図、（ｂ）はその右側面図、（ｃ）は上面を示す平面図である。（ａ）は図２上のIIIａ−IIIａ線での横断面図、（ｂ）は図２上のIIIｂ−IIIｂ線での横断面図、（ｃ）図２上のIIIｃ−IIIｃ線での横断面図である。本発明の実施例の摺動銅当金４を用いたエレクトロガスアーク溶接での、試験板の開先形状を示す横断面図である。（ａ）は従来の水冷摺動銅当金をもちいるエレクトロガスアーク溶接の平面図であり、（ｂ）は（ａ）上のＶｂ−Ｖｂ線での縦断面図である。（ａ）は図５に示す従来のエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金の開先対向面の正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は上面を示す平面図である。

本発明者らは、エレクトロガスアーク溶接で溶融プール上に生成する溶融スラグを効率的に溶融プールから排出することができ、かつ、良好な溶接ビード形状を得ることができるように水冷摺動銅当金の溝形状について種々検討を行った。その結果、溶接ビード形成のための、被溶接材表面に平行な第１の溝(16)、溶融スラグを排出するための、被溶接材表面に対して傾斜した第２の溝(17)を設け、第２の溝(17)の溝幅は、上方から下方に順に広くし、かつ溝の深さは上方から下方に順に深くすることによって、溶融スラグを効率的に溶融プールから排出することができるとともに良好な溶接ビード形状を得ることができることを見出した。

図１に、本発明のエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金４の縦断面を示し、図２の（ａ）には水冷摺動銅当金４の鋼板対向面を、図２の（ｂ）には（ａ）に示す水冷摺動銅当金４の右側面を、図２の（ｃ）には（ａ）に示す水冷摺動銅当金４の上面を、それぞれ示す。水冷摺動銅当金４は、溶接ビード形成のための、鋼板対向面（被溶接材表面）に平行な第１の溝１６を有し、次いで溶融スラグを排出するための第２の溝１７を有する。

図３の（ａ）には、水冷摺動銅当金４の基体である当金ブロック４ａの、図２の（ａ）上のIIIａ−IIIａ線での横断面を示す。この横断面に現れた第１の溝１６の幅Ｗ１および深さＤ１は比較的に小さい。図３の（ｂ）には、IIIａ−IIIａ線より下方のIIIｂ−IIIｂ線での横断面を示す。この横断面に現れた第２の溝１７は第１の溝１６の下端に連続しており、第２の溝１７の幅Ｗ２および深さＤ２はそれぞれ、第１の溝１６のものより大きい。図３の（ｃ）には、IIIｂ−IIIｂ線より下方のIIIｃ−IIIｃ線での横断面を示す。この横断面に現れた第２の溝１７の幅Ｗ３および深さＤ３は、それぞれIIIｂ−IIIｂ線横断面のものよりさらに大きい。すなわち、第１の溝１６は垂直方向で溝幅が一定であるが、その下部に連続する第２の溝１７は、上から下に順に溝幅が連続的に広くかつ深くなっている。

図１を参照して、本発明の水冷摺動銅当金４を用いるエレクトロガスアーク溶接を説明する。開先裏面に固定式の裏当材３を当接し、表面には水冷摺動銅当金４を当て、裏当材３，水冷摺動銅当金４および鋼板１で囲まれた空間に溶接トーチ５を挿入する。該空間を大気から遮断するために水冷摺動銅当金４にはシールドガスフード６が設けられシールドガスが供給される。溶接ワイヤ７は、溶接トーチ５から該空間に連続供給され、溶融プール８と溶接ワイヤ７間に発生するアークの熱により溶融し、溶接金属９を形成する。水冷摺動銅当金４および溶接トーチ５は溶接台車（図示せず）に搭載されており、溶接の進行により上昇する溶融プール８の上面に合わせて、下方から上方へ順次上昇する。溶融プール８上には溶融スラグ１０ａが生成する。また、溶接トーチ５には揺動装置（図示せず）が備えられている。溶融プール８の溶融メタルは、溶接の進行に伴い鋼板１ａ，１ｂおよび水冷摺動銅当金４で冷却されて溶接金属９となる。

溶融スラグ１０ａは、溶接ビード表面と水冷摺動銅当金４の第１の溝１６との間から適宜排出され、溶接ビード表面を覆いながら第１の溝１６で溶接ビードの外観を良好にする。また、溶融スラグ１０ｂの融点は溶接金属９の融点より低いので、下から上への溶接進行にともなって、第２の溝１７の途中で凝固して凝固スラグ１５となる。

第２の溝１７が、上方から下方に順に幅広（図２上のθ１）および深く（図１のθ２）なっているので、溶融プール８上の溶融スラグ１０ａが、開先２の両側の鋼板１ａ，１ｂ（図５の（ａ）の１ａ，１ｂと同様）の表面にそって第１の溝１６にそして第２の溝１７にスムーズに排出されるので、溶融プール８上の溶融スラグ１０ａが適量となってスラグ跳ねが軽減され長時間の溶接が可能になる。また、溶融プール８の溶融メタルは溶接の進行に伴い第１の溝１６部で冷却されるので、溶融プール８から溶融メタルが流れることがなく溶接ビードの左右端にオーバーラップが生じることがない。

仮に、当金ブロック４ａの上端から下端まで溝が連続して傾斜して深くなっているだけでは、鋼板１の板厚が厚くなると溶融プール８上の溶融スラグ１０ａが多くなり、溶融スラグ１０ａの排出が十分できず、スラグ跳ねが起こるようになる。また、溶融スラグ１０ａの排出性を良くしようとして該溝の傾斜角度を大きくすると、溶融プール８から溶融メタルが排出され溶接の継続ができなくなる。

しかし、本発明のように、上方から下方に深さが一定の第１の溝１６の下方に連続して幅と深さが連続的に広く深くなる第２の溝１７を形成することによって、溶融プール８からの溶融メタルが排出されることなく、溶融プール８上の溶融スラグ１０ａのみがスムーズに排出されてスラグ跳ねが起こらず長時間の溶接が可能となる。なお、第２の溝１７の幅方向の傾斜角度θ１および深さ方向の傾斜角度θ２は、θ１＝１０〜２０°、θ２＝２〜５°であることが好ましい。

以下、実施例により本発明のエレクトロガスアーク溶接用水冷摺動銅当金４について詳細に説明する。図４に示す開先形状に加工した板厚５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの鋼板１ａ，１ｂを用い、開先裏面に固形裏当材３を当て、開先表面には図２に示す水冷摺動銅当金４を、表1に示すサイズに加工して当てた。溶接は、JIS Z 3319 YFEG-22に該当するワイヤ径１．６ｍｍの溶接ワイヤを用い、表２に示す溶接条件でエレクトロガスアーク溶接を実施し、溶融プール上の溶融スラグのスラグ跳ねの有無およびビード形状を調査した。また、溶接終了後、超音波探傷試験を実施して溶接欠陥の有無も調査した。また、比較例として図６に示す水冷摺動銅当金４を表１に示すサイズに加工したものも用いて溶接に供した。

表１に示す本発明例の水冷摺動銅当金を用いた場合は、水冷摺動銅当金が第１の溝１６と第２の溝１７を有し、第２の溝１７の溝幅および深さが適正であるので、溶融プール上の溶融スラグが少なくなってスラグ跳ねがなく、アークも非常に安定していた。また、溶接ビード形状はオーバーラップがなく良好で、超音波探傷試験においても溶接始終端を除き、溶接欠陥は認められず、極めて満足な結果であった。比較例の水冷摺動銅当金を用いた場合は、溶接中に溶融プール上に滞留する溶融スラグが多くなってスラグ跳ねが頻発し、溶接開始後約５００ｍｍの位置で、シールドガス供給口を塞いでしまったので溶接長７５０ｍｍで溶接を中止した。超音波探傷試験の結果、溶接開始後約５００ｍｍ以降の溶接金属には、気孔と考えられる球状の欠陥が多数検出された。

１鋼板
２開先
３裏当材
４水冷式摺動銅当金
４ａ：当金ブロック
５溶接トーチ
６シールドガスフード
７溶接ワイヤ
８溶融プール
９溶接金属
１０ａ、１０ｂ溶融スラグ
１１冷却水循環用パイプ
１２シールドガス供給用パイプ
１３溶接ビード形成溝
１４鋼板との接触面
１５凝固スラグ
１６第１の溝
１７第２の溝

Claims

エレクトロガスアーク溶接の開先部の被溶接材表面に当接して溶接進行方向に摺動するエレクトロガスアーク溶接用摺動銅当金において、
該水冷摺動銅当金の被溶接材開先部に対する面に、上方から下方に順に、溶接ビード形成のための、被溶接材表面に平行な第１の溝と、溶融スラグを排出するための、第１の溝の下部に連続し被溶接材表面に対して傾斜した第２の溝とを設け、第２の溝は、溝幅が上方から下方に順に広く、かつ溝深さが上方から下方に順に深いことを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用摺動銅当金。